Un estudio teórico sugiere que pequeños agujeros negros del universo primitivo pueden haber dejado planetoides huecos y túneles microscópicos, y que pueden buscarse en rocas y edificios antiguos.
La formación de un agujero negro se asocia a una estrella masiva que se queda sin combustible y colapsa sobre sí misma. Sin embargo, las condiciones caóticas del universo primitivo también pueden haber permitido que se formaran muchos agujeros negros pequeños mucho antes de las primeras estrellas.
Se ha teorizado sobre estos agujeros negros primordiales durante décadas e incluso podrían ser materia oscura, la materia invisible que representa el 85 por ciento de la masa total del universo. Sin embargo, nunca se ha observado ningún agujero negro primordial.
Una nueva investigación codirigida por la Universidad de Buffalo propone pensar tanto en grande como en pequeño para confirmar su existencia, lo que sugiere que sus firmas podrían variar desde muy grandes (planetoides huecos en el espacio) hasta diminutas (túneles microscópicos en materiales cotidianos que se encuentran en la Tierra, como rocas, metal y vidrio).
El estudio teórico, que se publicará en el número de diciembre de Physics of the Dark Universe y ya está disponible en línea, plantea que un agujero negro primordial atrapado en el interior de un gran objeto rocoso en el cosmos consumiría su núcleo líquido y lo dejaría hueco. Por otra parte, un agujero negro primordial más rápido podría dejar atrás túneles rectos lo suficientemente grandes como para ser visibles con un microscopio si atravesara material sólido, incluido material de aquí mismo, en la Tierra.
“Las posibilidades de encontrar estas señales son pequeñas, pero buscarlas no requeriría muchos recursos y el posible resultado, la primera evidencia de un agujero negro primordial, sería inmenso”, afirma en un comunicado el coautor del estudio, Dejan Stojkovic, profesor de física en la Universidad de Buffalo. “Tenemos que pensar de forma creativa, porque lo que se ha hecho hasta ahora para encontrar agujeros negros primigenios no ha funcionado”.
A medida que el universo se expandió rápidamente después del Big Bang, es posible que algunas áreas del espacio fueran más densas que sus alrededores, lo que provocó que colapsaran y formaran agujeros negros primordiales (PBH).
Los PBH tendrían mucha menos masa que los agujeros negros estelares formados posteriormente por estrellas moribundas, pero aún serían extremadamente densos, como la masa de una montaña compactada en un área del tamaño de un átomo.
Stojkovic, quien anteriormente propuso dónde encontrar agujeros de gusano teóricos, se preguntó si un PBH alguna vez quedó atrapado dentro de un planeta, luna o asteroide, ya sea durante o después de su formación.
“Si el objeto tiene un núcleo central líquido, entonces un PBH capturado puede absorber el núcleo líquido, cuya densidad es mayor que la densidad de la capa sólida externa”, dice Stojkovic.
El PBH podría entonces escapar del objeto si este fuera impactado por un asteroide, dejando nada más que una cáscara hueca.
Pero, ¿sería una cáscara así lo suficientemente fuerte como para sostenerse a sí misma, o simplemente colapsaría bajo su propia tensión? Al comparar la resistencia de materiales naturales como el granito y el hierro con la tensión y la densidad superficiales, los investigadores calcularon que un objeto hueco de este tipo podría tener no más de una décima parte del radio de la Tierra, lo que lo hace más probable que sea un planeta menor que un planeta propiamente dicho. “Si es más grande que eso, se derrumbará”, dice Stojkovic.
Estos objetos huecos podrían detectarse con telescopios. La masa, y por lo tanto la densidad, se pueden determinar estudiando la órbita de un objeto. “Si la densidad del objeto es demasiado baja para su tamaño, es una buena indicación de que es hueco”, dice Stojkovic.
Rocas y edificios antiguos como detectores
En el caso de los objetos sin un núcleo líquido, los PBH podrían simplemente atravesarlo y dejar atrás un túnel recto, propone el estudio. Por ejemplo, un PBH con una masa de 10 elevado a 22 gramos (es decir, un 10 con 22 ceros) dejaría atrás un túnel de 0.1 micras de espesor.
Una gran placa de metal u otro material podría servir como un detector eficaz de agujeros negros si se la vigilara para detectar la aparición repentina de estos túneles, pero Stojovic dice que habría más posibilidades de buscar túneles existentes en materiales muy antiguos, desde edificios de cientos de años hasta rocas de miles de millones de años.
Aun así, incluso suponiendo que la materia oscura está realmente formada por PBH, calcularon que la probabilidad de que un PBH pase a través de una roca de mil millones de años es de 0.000001.
“Hay que tener en cuenta el coste frente al beneficio. ¿Cuesta mucho hacer esto? No, no cuesta mucho”, dice Stojkovic.
Por lo tanto, la probabilidad de que un proyectil de hidrógeno pase a través de una persona durante su vida es pequeña, por decir lo menos. Incluso si lo hiciera, probablemente no lo notaría.
A diferencia de una roca, el tejido humano tiene una pequeña cantidad de tensión, por lo que un proyectil de hidrógeno no lo destrozaría. Y aunque la energía cinética de un proyectil de hidrógeno puede ser enorme, no puede liberar mucha de ella durante una colisión porque se mueve muy rápido.
“Si un proyectil se mueve a través de un medio más rápido que la velocidad del sonido, la estructura molecular del medio no tiene tiempo de responder”, dice Stojkovic. “Si lanzas una piedra a través de una ventana, es probable que se rompa en pedazos. Si disparas a una ventana con una pistola, es probable que solo deje un agujero”.