¿Pueden los agujeros negros del Big Bang estar atravesando nuestro sistema solar sin que nos demos cuenta?

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No cabe duda de que para avanzar, la Ciencia necesita, además del trabajo duro, una pizca de inspiración y otra de suerte. Y por qué no, también una buena dosis de atrevimiento. Y esa es precisamente la combinación de cualidades que ha llevado a Matthew Caplan, de la Universidad Estatal de Illinois, y a Almog Yalinevich, del Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica, a emprender una investigación original, arriesgada y que puede que al final no lleve a ninguna parte. Pero también puede que sí. Y si lo hace, resolverá de un solo golpe varios de los grandes misterios del Universo, incluido el de la materia oscura. Se trata de buscar huellas de agujeros negros… en la Luna. Pero no de cualquier tipo de agujero negro, sino de uno muy especial, de dimensiones microscópicas y que, aunque predicho por la teoría, nadie ha sido capaz de ver aún. El estudio se publicó hace algunas semanas en el servidor de prepublicaciones ‘ arXiv’, de la Universidad de Cornell, y ya está suscitando las primeras reacciones.

Agujeros negros primordiales

Lo que Caplan y Yalinevich andan buscando no son los agujeros negros que dejan tras de sí algunas supernovas, ni tampoco las enormes ‘bestias’ que residen en los centros de las galaxias, con masas de miles de millones de soles. Su objetivo son los llamados ‘agujeros negros primordiales’, surgidos directamente del Big Bang y cuyos tamaños se piensa que varían desde el ancho de un solo átomo hasta el de todo nuestro sistema solar.

Por el momento, sin embargo, no hay evidencia de que tales agujeros negros existan realmente. Son objetos meramente teóricos, como lo fueron hasta hace poco todos los agujeros negros hoy conocidos. Y ahora, Caplan y Yalinevich han ideado un audaz plan para encontrar, también, esos agujeros negros primordiales. Para ello proponen recorrer la superficie lunar en busca de los cráteres que quedaron cuando esos diminutos agujeros negros se estrellaron contra nuestro satélite y, de hecho, lo atravesaron limpiamente. «Suena un poco salvaje -asegura Caplan a la revista ‘ New Scientist’- , pero nunca se sabe hasta que se comprueba».

La idea de los agujeros negros primordiales se remonta a la década de 1970, y viene de la mano de Stephen Hawking y Bernard Carr. La pareja de científicos sugirió entonces que en los primeros momentos del universo, poco después del Big Bang, algunos puntos del espacio se volvieron tan densos que colapsaron y formaron agujeros negros, de la misma manera en que sabemos que algunas estrellas explotan y colapsan en agujeros negros de masa estelar.

En 1974, además, Hawking propuso la noción que llegó a conocerse como radiación de Hawking, la idea de que los agujeros negros, después de todo, podían perder masa y evaporarse con el tiempo. Se supone que a medida que se van haciendo más pequeños, los agujeros negros pierden masa cada vez más rápidamente hasta que terminan sus vidas en una explosión. Pero nadie ha conseguido aún ver en el espacio una explosión de esas características.

Durante las últimas décadas, sin embargo, la idea ha resurgido con fuerza, y lo ha hecho cuando estudios sucesivos fueron proponiendo agujeros negros primordiales cada vez más grandes, lo que implica que por lo menos algunos de ellos no se habrían evaporado a causa de la radiación Hawking y podrían haber persistido hasta nuestros días.

Misterios resueltos

Si así fuera, los agujeros negros primordiales podrían resolver algunas de las cuestiones que quitan el sueño a los astrónomos y cosmólogos actuales. Por ejemplo, un agujero negro primordial podría ser el objeto que se estrelló contra la Tierra en el famoso evento de Tunguska de 1908, durante el que se produjo una gran explosión sobre Siberia que muchos creen que se debió a un meteoro y que arrasó por completo 2.000 km cuadrados de tundra. A pesar de que el impacto está bien documentado, no se ha encontrado ni rastro del objeto que lo causó.

Otra idea interesante es que el escurridizo Planeta Nueve, ese que muchos creen que reside en el borde de nuestro sistema solar, podría no ser un planeta en absoluto, sino un agujero negro primordial. La existencia de una ‘masa planetaria’ más allá de Neptuno es la mejor solución, en efecto, para las extrañas órbitas de ciertos cuerpos que habitan aquella lejana región de nuestro sistema, que se otro modo no podrían explicarse. Sin embargo, y pese a todos los esfuerzos, el Planeta Nueve sigue permaneciendo oculto.

Pero quizás la idea más intrigante es que la materia oscura, ese ‘otro tipo’ de materia que nadie ha logrado aún ver directamente, podría estar hecha de agujeros negros primordiales. Hasta ahora, los esfuerzos para detectar posibles partículas de materia oscura han resultado ser en vano. Mucha gente se ha pasado la vida buscando algún tipo de partícula de materia oscura elemental. Pero el hecho es que no se han encontrado. Los agujeros negros primordiales, sin embargo, ofrecen una alternativa intrigante. Si ellos fueran la materia oscura, entonces no se necesitaría encontrar ninguna nueva partícula, ya que los agujeros negros primordiales son simples fluctuaciones de materia y densidad cuando el universo era muy joven.

Por último, los agujeros negros primordiales también podrían explicar la detección de unas 20 lentes gravitacionales causadas por objetos desconocidos, cúmulos inexplicables de masa que hacen que la luz de estrellas distantes se doble a su alrededor. Objetos que parecen estrellas, pero que no son visibles. ¿Qué podrían ser entonces?

Cómo serían los agujeros negros primordiales

Otro aspecto que ha animado a Caplan y Yalinevich a emprender su estudio es que la astronomía de ondas gravitacionales ha revelado que los agujeros negros pueden existir en una variedad más amplia de masas de lo que se pensaba. En concreto, podría haber agujeros negros mucho más pequeños de lo que se creía posible hasta ahora. Al estudiar las fusiones de agujeros negros, en efecto, el Observatorio de Ondas Gravitacionales de Interferómetro Láser (LIGO) los ha detectado ya de solo 2,6 veces la masa de nuestro Sol, es decir, inesperadamente pequeños. Si LIGO consigue ver agujeros negros aún menores, incluso de menos de una sola masa solar, será una evidencia convincente de que ‘algo primordial’ está en juego. De hecho, no se conoce ningún proceso de evolución natural que pueda crear agujeros negros tan pequeños.

Usar la Luna como detector

Ahora solo falta lo más importante: detectar por fin un agujero negro primordial. Y aquí es donde entra el trabajo de Caplan y Yalinewich, y su idea de utilizar la Luna como detector.

El punto de partida de los dos investigadores resulta de una lógica aplastante. Si nuestro universo produjo grandes cantidades de agujeros negros primordiales tras el Big Bang, es plausible que algunos hayan persistido hasta el día de hoy, impregnando el universo y quizás pasando regularmente a través de nuestro sistema solar. Si es así, es posible que hayan golpeado algunos de nuestros cuerpos celestes, como la Luna, dejando a su paso cráteres reveladores.

Pero, ¿cómo de grande sería un cráter así? Eso, por supuesto, depende del tamaño del agujero negro. Por suerte, los astrónomos que buscan agujeros negros primordiales han descartado ya ciertas masas: demasiado pequeñas y se habrían evaporado ya a causa de la radiación Hawking; demasiado grandes y veríamos los efectos de su gravedad en estrellas distantes. En su estudio, por lo tanto, Caplan y Yalinewich consideraron los del medio: agujeros negros con aproximadamente la masa de un asteroide, entre un millón y 1.000 millones de kilogramos, pero del tamaño de un átomo.

Buscar pruebas en la Luna

Los dos científicos calculan que algunos cientos de agujeros negros primordiales deberían pasar a través de nuestro sistema solar cada año, y que algunos de ellos chocarían con algún cuerpo celeste, dejando en ellos pequeños cráteres. Pero buscar esas huellas en la Tierra, continuamente remodelada por la actividad geológica y los fenómenos atmosféricos, sería totalmente inútil, ya que cualquier evidencia de un impacto se habría borrado. En los cuerpos sin atmósfera ni tectónica de placas, sin embargo, como es el caso de la Luna, las cicatrices podrían permanecer, incluso después de miles de millones de años.

¿Cómo serían esos cráteres? Si un agujero negro de tamaño atómico pero con la masa de un asteroide golpeara la Luna, crearía temporalmente un pequeño túnel fundido que atravesaría de parte a parte, y en segundos, los 3.500 kilómetros del diámetro lunar. Y según el estudio, lo haría a una temperatura de cerca de 100.000 grados. En palabras de Caplan a New Scientist, «van a velocidades increíbles, de unos 200 kilómetros por segundo. Es como una bala atravesando algodón de azúcar». Estos túneles se enfriarían rápidamente, dejando sólo pequeños puntos de entrada y salida detectables en la superficie en forma de un pequeño cráter de un metro de ancho.

El problema es que en la Luna existen millones de cráteres de ese tamaño. Sin embargo, según el estudio, un cráter de agujero negro tendría una diferencia notable: los escombros expulsados, que se extenderían varios metros alrededor del cráter, formarían una pendiente mucho más pronunciada que en un cráter normal. Y eso sería así porque el agujero negro es un millón de veces más denso que la Luna y la atravesaría limpiamente y sin disminuir la velocidad. «Debido a que el objeto no desacelera -explica Yalinewich- imparte una velocidad diferente a la eyección».

Por lo tanto, imágenes de alta resolución de la superficie lunar desde una nave espacial en órbita, como el Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA, podrían ser capaces de detectar cráteres de este tipo. Y dado que hay millones de otros cráteres de un metro de ancho, Yalinewich y Caplan planean usar herramientas de aprendizaje automático para identificarlos. Según Yalinewich, «si logramos entrenar una máquina para encontrarlos, espero ver resultados en tres años».

Si estos cráteres existen realmente en la Luna, serían una prueba de que, después de todo, los agujeros negros primordiales existen. Y a partir de ahí, podrían ayudar a demostrar si los agujeros negros primordiales son responsables, o no, de la materia oscura. Según Yalinewich, si un agujero negro primordial apareciera en la Luna, a pesar de las probabilidades relativamente escasas, implicaría que son lo suficientemente abundantes en el universo como para explicar al menos parte de la materia oscura.

Posibilidades remotas de éxito

Con todo, Caplan y Yalinewich saben que sus posibilidades de éxito son remotas. Incluso en el mejor de los casos, en el que todos los agujeros negros primordiales tuvieran aproximadamente la masa de un asteroide, habría solo un 10 por ciento de posibilidades de que uno haya golpeado la Luna.

Y si al final no apareciera nada en la Luna, búsqueda podría continuar igualmente. La misma técnica, en efecto, podría aplicarse algún día a otros cuerpos sin atmósfera. Mercurio podría ser un buen candidato, al igual que Marte y Plutón, o incluso las lunas rocosas de Saturno y Júpiter. Para cada uno de estos cuerpos, las posibilidades de ver un cráter varían del 5 al 23 por ciento, aseguran los investigadores, pero en conjunto, las probabilidades aumentan. «Observando la superficie de todos estos mundos -dice Yalinewich- deberíamos esperar que aparezca al menos uno de estos cráteres exóticos».

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