Los astrónomos creen que algunos agujeros negros deben haberse formado poco después del Big Bang. Pero nadie ha encontrado pruebas de ellos, hasta ahora.

Los agujeros negros vienen en varias variedades, dependiendo de cómo se formen. Los agujeros negros convencionales se forman cuando las estrellas se quedan sin combustible y colapsan sobre sí mismas. Si la estrella es lo suficientemente masiva, entre tres y diez veces la masa de nuestro Sol, forma un agujero negro.

Otro tipo son los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de muchas galaxias y son muchos millones de veces más masivos que nuestro Sol. Hay mucha evidencia de ambos tipos de agujeros negros.

Luego están los agujeros negros primordiales, objetos mucho más misteriosos que se cree que se formaron poco después del Big Bang. La idea es que las fluctuaciones aleatorias en la distribución de masa en el universo temprano deben haber creado algunas regiones lo suficientemente densas como para formar agujeros negros.

Sin embargo, nadie sabe si los agujeros negros primordiales existen realmente. Los astrónomos simplemente no han podido reunir la evidencia.

Misterio del Big Bang

Eso esta empezando a cambiar. En 2016, los astrónomos comenzaron a operar un detector de ondas gravitacionales llamado LIGO que puede medir la forma en que el universo retumba cuando chocan dos agujeros negros distantes. Desde entonces, han detectado 47 colisiones entre agujeros negros de todo tipo de masas diferentes. Y eso les ha dado una base de datos interesante para estudiar,

Ahora, el último análisis sugiere que más de una cuarta parte de estas colisiones involucró a agujeros negros primordiales. «Si se confirman, estos resultados implicarían que la colaboración LIGO / Virgo ya podría haber detectado hasta 24 agujeros negros binarios formados en el universo temprano», dicen Gabriele Franciolini de la Universidad de Ginebra y sus colegas, quienes llevaron a cabo el análisis de datos. Esta sería la primera observación de cualquier agujero negro primordial.

Primero, algunos antecedentes. La nueva base de datos de colisiones de agujeros negros ha arrojado una serie de acertijos.

El principal de ellos es que algunos de los agujeros negros observados son demasiado grandes para haberse formado a través del colapso gravitacional de las estrellas. Estos agujeros negros deben haberse formado de una manera diferente.

Ahí es donde entran los agujeros negros primordiales. La principal diferencia entre ellos y los formados a partir de estrellas es el rango de masas que pueden tomar. En teoría, estos agujeros negros pueden ser diminutos, de solo 10 ^ -8 kilogramos, o pueden ser enormes muchas veces la masa de nuestro Sol.

Pero varios modelos del universo descartan la existencia de agujeros negros primordiales de ciertos tamaños. Por ejemplo, el cosmólogo británico Stephen Hawking predijo que los agujeros negros emitirían radiación y, con el tiempo, esto haría que se encogieran.

Si es así, cualquier agujero negro nacido poco después del Big Bang con una masa inferior a unos 10 ^ 11 kg se habrá evaporado a estas alturas.

Los astrónomos también han buscado signos reveladores de que producirían agujeros negros primordiales más grandes. Por ejemplo, sus campos gravitacionales deberían actuar como lentes poderosos, magnificando los objetos distantes a medida que pasan frente a ellos.

Eventos de microlente

Sin embargo, los astrónomos no han observado este tipo de eventos de «microlentes». Eso no descarta la existencia de agujeros negros primordiales, pero establece límites importantes sobre cuántos pueden haber.

Otro factor importante es cuántos agujeros negros de origen estelar debería haber. Esto depende de la frecuencia con la que se hayan formado a lo largo de la historia del universo. Una vez más, existen numerosas teorías sobre cómo podría haber sucedido esto en cúmulos estelares, en nubes de gas, etc.

Para los astrónomos que estudian el conjunto de datos de colisiones de agujeros negros, el objetivo es tener en cuenta todos estos factores en competencia para ver qué teorías y limitaciones son consistentes con los datos y cuáles no.

Eso resulta ser una tarea difícil, pero el último estudio lo ha logrado.

Este estudio utiliza una poderosa técnica estadística llamada análisis bayesiano.

Tiene en cuenta una amplia gama de teorías sobre cómo los agujeros negros de origen estelar se habrían sumado a una población de agujeros negros primordiales del universo temprano.

De esta manera, puede mostrar que los agujeros negros son tan comunes que la formación estelar no puede dar cuenta de todos ellos. Por lo tanto, también debe haber una población significativa de agujeros negros primordiales. “La evidencia de una población primordial se favorece de manera decisiva en comparación con la hipótesis nula”, dice el equipo.

Ese es un resultado interesante, sobre todo porque los agujeros negros primordiales pueden ayudar a otro misterio importante. Esto es que el universo parece estar lleno de materia oscura que no podemos ver, pero sin embargo tiene una atracción gravitacional sobre las cosas que podemos ver.

Nadie sabe de qué está hecha la materia oscura, pero una teoría es que los agujeros negros primordiales podrían explicar esta masa. La nueva evidencia de que existen agujeros negros primordiales ayudará a los astrofísicos a buscar candidatos a materia oscura para agudizar sus búsquedas.

Sin embargo, el caso de los agujeros negros primordiales aún no está completo. “Nuestros resultados sugieren la tentadora posibilidad de que LIGO / Virgo ya haya detectado agujeros negros formados después de la inflación”, dice el equipo.

Puede ser tentador, pero aún no es seguro. Los astrofísicos necesitarán más datos para estar seguros y para eso tendrán que esperar a la próxima generación de detectores de ondas gravitacionales que se están diseñando actualmente.

Ref: Evidencia de agujeros negros primordiales en datos de ondas gravitacionales LIGO / Virgo: arxiv.org/abs/2105.03349