Una nueva investigación sugiere que los agujeros negros nacidos durante el Big Bang podrían vivir mucho más tiempo de lo estimado anteriormente. De hecho, estos diminutos agujeros negros primordiales pueden vivir lo suficiente como para convertirse en agujeros blancos que escupen energía con la masa de un pelo de ceja humana.
Se propone que los agujeros negros primordiales se formaron a través de fluctuaciones en la materia increíblemente caliente y densa que llenó el universo momentos después del Big Bang. Esto contrasta con los agujeros negros de masa estelar o “astrofísicos”, que nos son familiares por el colapso de estrellas masivas como. Los agujeros negros primordiales siguen sin ser detectados y, por tanto, son hipotéticos.
Muchos científicos creen que el fracaso en detectar los agujeros negros astrofísicos se debe a que se han evaporado y, por tanto, ya no existen en el cosmos de 13.800 millones de años. Esto es posible porque se propone que los agujeros negros “filtren” un tipo de radiación térmica llamada “radiación de Hawking” propuesta por Stephen Hawking en la década de 1970. Cuanto más pequeña es la masa de un agujero negro, más caliente es y, por lo tanto, más rápido pierde radiación de Hawking y más rápidamente se evapora, un proceso que se especula que terminará con un final explosivo.
Los agujeros negros de masa estelar, con hasta cientos de veces la masa del Sol, son lo suficientemente masivos y fríos como para filtrarse lo suficientemente lentamente como para sobrevivir muchas veces al universo mismo; Los agujeros negros primordiales con masas mucho más pequeñas que esta, por otro lado, no tienen tanta suerte, o eso pensábamos. Daniel Paraizo, investigador del Eberly College of Science, y sus colegas sugieren que existe una manera de que los agujeros negros primordiales con la masa justa puedan sobrevivir a este proceso y sufrir una transformación sorprendente.
“Descubrimos que la vida de los agujeros negros es mucho más larga de lo que se pensaba”, dijo Paraizo a Space.com. “Los fenómenos que identificamos son relevantes para los agujeros negros posiblemente formados en el universo temprano. Estos objetos aún no han sido observados, pero su búsqueda es un tema de gran interés como candidatos a materia oscura. Los agujeros negros comienzan a morir al emitir radiación térmica de Hawking. El enigma es qué sucede una vez que alcanzan la masa de Planck, que es de alrededor de 20 microgramos”.
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Un agujero negro del tamaño de un huevo de pulga
La masa de Planck, de alrededor de 0,000000022 kilogramos, es una unidad de masa fundamental en física que se considera fascinante porque es el punto en el que las reglas que gobiernan las partículas subatómicas y la física cuántica, así como las que gobiernan la gravedad y la relatividad general en su conjunto, se vuelven igualmente importantes. Los físicos consideran que este es el límite superior para la masa de cualquier partícula elemental, y cualquier partícula por encima de este colapsa para dar lugar a un agujero negro microscópico.
En términos cotidianos, la masa de Planck equivale aproximadamente al pelo de una ceja humana, o al huevo de una pulga, que pesa aproximadamente una cincuentamilésima parte del peso de una gominola.
Paraizo explicó que una vez que un agujero negro primordial se ha evaporado a la masa de Planck, convirtiéndose en el llamado agujero negro planckiano, se proponen varios destinos que podría encontrar. Esto incluye la desaparición del límite exterior que define lo que es un agujero negro, la región que atrapa la luz o la radiación electromagnética conocida como horizonte de sucesos. “El mecanismo que estudiamos para la muerte de este agujero negro del tamaño de Planck es la desaparición gradual del horizonte que atrapa la radiación”, dijo Paraizo.
El equipo realizó cálculos matemáticos que revelaron que un agujero negro primordial formado con la masa inicial de un asteroide de tamaño mediano, alrededor de mil millones de toneladas, se desintegra en unos mil millones de años y emite radiación térmica de Hawking hasta alcanzar la masa de Planck. Sin embargo, un agujero negro primordial nacido con una masa de sólo 1 tonelada explotaría inmediatamente, alcanzando instantáneamente la masa de Planck. Es lo que sucede a continuación lo que distingue los hallazgos del equipo de investigaciones anteriores. “Es entonces cuando nuestros resultados predicen algo nuevo: los argumentos anteriores indicaban que los 20 microgramos restantes se irradian en al menos 1 segundo; nuestra estimación muestra en cambio que estos 20 microgramos remanentes son prácticamente estables”, explica Paraizo. “Una vez que el agujero negro alcanza el umbral de los 20 microgramos, descubrimos que comienza a emitir radiación purificadora. [named because it is said to ‘purify’ the quantum state of the universe] debido al comportamiento característico de un agujero blanco.
“Por lo tanto, aunque todavía no conocemos la física cerca de un agujero blanco, identificamos un objeto que tiene exactamente las mismas propiedades desde lejos”.
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Los agujeros blancos son otra entidad hipotética en física, que se sugiere que son efectivamente un “agujero negro invertido en el tiempo” que, en lugar de atrapar materia y radiación dentro de ellos como lo hacen los agujeros negros, aleja sin cesar la materia y la radiación.
Cualquier predicción adicional sobre el destino de estos agujeros negros primordiales que adoptan la apariencia de un agujero blanco requeriría una teoría que una la relatividad general y la mecánica cuántica, conocida como “gravedad cuántica”, que ha evadido firmemente a los físicos desde principios del siglo XX.
“Las suposiciones físicas simples sobre la física lejos de un agujero negro pueden decirnos mucho sobre su vida y sobre su transición a una fase estable que se parece a un agujero blanco de 20 microgramos”, dijo Paraizo. “El hecho de que podamos inferir estas propiedades utilizando sólo ingredientes mínimos de la gravedad cuántica es notable”.
Una versión previamente revisada por pares de la investigación del equipo está disponible en el sitio del repositorio de investigación arXiv.