Si existen agujeros negros microscópicos nacidos una fracción de segundo después del Big Bang, como sospechan algunos investigadores, entonces al menos uno podría volar a través del sistema solar por década, generando diminutas distorsiones gravitacionales que los científicos pueden detectar, según un nuevo estudio.
Estos hallazgos sugieren que si los astrónomos pueden descubrir y confirmar la existencia de tales perturbaciones gravitacionales, podrían ser capaces de resolver el misterio detrás de la naturaleza de materia oscurael material invisible que muchos investigadores sospechan que constituye aproximadamente cinco sextas partes de toda la materia del cosmos.
Muchos investigadores sugieren que la materia oscura puede estar compuesta de partículas desconocidas, pero ningún experimento hasta la fecha ha descubierto nuevas partículas que puedan ser materia oscura. Por ello, una alternativa que los científicos están explorando para explicar la materia oscura son las llamadas partículas primordiales. agujeros negrosaquellos que han existido desde el principio de los tiempos.
Investigaciones anteriores sugieren que aproximadamente 86% de materia El universo está compuesto de una sustancia esencialmente invisible llamada materia oscura. Los científicos infieren la existencia de la materia oscura a partir de su Efectos gravitacionales sobre la materia cotidiana. y ligero, pero por el momento no se sabe con certeza de qué está hecho.
Los agujeros negros reciben su nombre de sus inmensas atracciones gravitacionales, que son tan poderosas que ni siquiera la luz puede escapar. Si un agujero negro no revela su existencia, por ejemplo,destrozando una estrella —Puede permanecer indetectable contra la oscuridad del espacio.
A lo largo de las décadas, los astrónomos han detectado muchos agujeros negros, desde agujeros negros de masa estelar Por lo general, alrededor de cinco a diez veces la masa del Sol. agujeros negros supermasivos de millones a miles de millones de masas solares. En cambio, el nuevo estudio examinó agujeros negros primordialesque según investigaciones anteriores puede tener aproximadamente la masa de un asteroide típico, es decir, alrededor de 110 mil millones a 110 millones de billones de toneladas (100 mil millones a 100 millones de billones de toneladas métricas).
“Los agujeros negros que consideramos en nuestro trabajo son al menos 10 mil millones de veces más ligeros que el Sol, y apenas más grandes que un átomo de hidrógeno”, dijo a Space.com la coautora del estudio Sarah Geller, física teórica de la Universidad de California en Santa Cruz.
Los agujeros negros surgen cuando un objeto es tan denso que colapsa bajo la fuerza de su propia gravedad. Trabajos anteriores sugieren que poco después de la formación de los agujeros negros, Gran Explosiónantes de que el universo se expandiera enormemente en tamaño, las fluctuaciones aleatorias en la densidad de materia en el cosmos recién nacido llevaron a que algunos grupos se volvieran lo suficientemente densos como para formar agujeros negros.
Investigaciones anteriores sugirieron que los agujeros negros primordiales que sobrevivieron hasta el día de hoy podrían constituir la mayor parte o la totalidad de la materia oscura. Basándose en este trabajo, el nuevo estudio examinó la frecuencia con la que los agujeros negros primordiales podrían atravesar la sistema solary si podrían producir efectos que los científicos pudieran detectar en objetos visibles.
“Si hay muchos agujeros negros ahí fuera, seguramente alguno de ellos pasará por nuestro patio trasero de vez en cuando”, dijo Geller.
En un principio, los investigadores “pensaron en lo que podría ocurrir si un agujero negro atravesara la corteza terrestre, o atravesara nuestra atmósfera, o dejara un cráter en la Luna”, dijo Geller. “Incluso nos preguntamos qué pasaría si uno de estos pequeños agujeros negros golpeara a un ser humano”.
Sin embargo, “todas estas ideas se toparon con el mismo problema”, explicó Geller. “Una persona, la Luna o incluso la Tierra son objetivos muy pequeños en la inmensidad del espacio, y las probabilidades de que un agujero negro los golpee directamente son mínimas”.
En cambio, “lo que necesitábamos era un sistema lo suficientemente grande como para que los agujeros negros pudieran pasar por él con regularidad, pero medido con la suficiente precisión para que pudiéramos ver algún efecto”, dijo Geller. “Fue entonces cuando empezamos a pensar en las órbitas de los objetos del sistema solar medidas con mucha precisión”. En principio, la atracción gravitatoria de un agujero negro primordial “podría producir oscilaciones en las órbitas de los objetos del sistema solar que sean lo suficientemente grandes como para que podamos medirlas”.
Los científicos terminaron centrándose en los agujeros negros primordiales que volaban cerca de los planetas interiores del sistema solar: Mercurio, VenusTierra y Marte. Descubrieron que, si existen agujeros negros primordiales, pueden ser lo suficientemente abundantes como para que al menos uno de ellos sobrevuele los mundos interiores una vez por década. Agregaron que es posible que ya se hayan producido varios sobrevuelos desde que se han puesto en funcionamiento las tecnologías capaces de detectar tales perturbaciones.
Geller advirtió que “no estamos haciendo ninguna de las siguientes afirmaciones: que los agujeros negros primordiales existen definitivamente, que constituyen la mayor parte o la totalidad de la materia oscura, o que están definitivamente aquí en nuestro sistema solar”. En cambio, dicen que si los agujeros negros primordiales existen y constituyen la mayor parte de la materia oscura, “entonces uno debe viajar a través del sistema solar interior cada uno a diez años”.
Los científicos también señalaron que sus hallazgos se basan en simulaciones por computadora relativamente simples que no tienen la precisión necesaria para analizar datos reales sobre las órbitas del sistema solar interior.
“Para hacer afirmaciones definitivas, necesitaremos trabajar con colegas que se especialicen en modelar el sistema solar con métodos computacionales mucho más sofisticados”, dijo a Space.com Benjamin Lehmann, coautor del estudio y físico teórico del MIT. Agregó que también necesitan determinar cómo determinar qué podría ser una señal real de un agujero negro primordial y qué podría simplemente caer dentro del rango de error esperado de cualquier medición.
Los científicos están debatiendo ahora la posibilidad de colaborar con el grupo de simulación del sistema solar del Observatorio de París para analizar los datos orbitales existentes. “Son algunos de los principales expertos en los sofisticados métodos de simulación que serán necesarios para hacer realidad este análisis”, dijo Lehmann. “Una vez que desarrollemos un modelo completo que pueda utilizarse para buscar en los datos reales, tendremos que investigar qué observaciones de seguimiento serán las más apropiadas para cualquier señal que podamos registrar”.
Este enfoque de buscar agujeros negros primordiales a través de sus efectos gravitacionales “no es completamente suficiente para distinguir entre un agujero negro primordial y algún otro objeto inusual de una masa similar”, advirtió Geller. Señaló que si esta estrategia detecta un posible agujero negro primordial, “podemos iniciar observaciones de seguimiento para descartar otras posibilidades. De hecho, los astrónomos son sorprendentemente buenos para encontrar incluso objetos mucho más ligeros en nuestro sistema solar, como asteroides pequeños, mientras que la observación directa de un agujero negro pequeño con un telescopio probablemente no mostraría nada en absoluto”.
Los científicos detallaron sus hallazgos 17 de septiembre en la revista Physical Review D.