Un diminuto agujero negro primordial pasa a toda velocidad junto a Marte a 7.000 veces la velocidad del sonido.(Crédito de la imagen: Robert Lea (creado con Canva)/NASA)
Las «balas» de los agujeros negros primordiales, que viajan a velocidades superiores a 7.000 veces la velocidad del sonido, pueden estar atravesando nuestro sistema solar, y podrían estar causando un pequeño bamboleo en el movimiento de Marte. En última instancia, la medición de este bamboleo podría ayudar a desvelar uno de los misterios más acuciantes de la ciencia: la verdadera naturaleza de la materia oscura.
Los científicos creen que los agujeros negros primordiales se crearon al principio de los tiempos. Estos objetos son muy diferentes de los llamados «agujeros negros astrofísicos», como Sagitario A* (Sgr A*), que se encuentra en el corazón de la Vía Láctea. Por ejemplo, mientras que Sgr A* tiene una masa de unos 4,3 millones de veces la del Sol, se cree que los agujeros negros primordiales son tan masivos como un asteroide o una pequeña luna, y mucho más pequeños que los átomos.
Algunos científicos también teorizan que las aglomeraciones de estos diminutos agujeros negros podrían explicar la materia oscura, la «materia» más misteriosa del universo. Otros, sin embargo, sostienen que los agujeros negros primordiales se habrían evaporado hace mucho tiempo mediante la emisión de la llamada «radiación de Hawking», lo que significa que no pueden ser sospechosos de materia oscura en el universo moderno. Ahora, un equipo de físicos propone una forma de zanjar el debate: con observaciones detalladas de Marte.
Los científicos sugieren que, si los agujeros negros primordiales constituyen efectivamente la materia oscura, deberían atravesar el sistema solar al menos una vez cada diez años. Este sobrevuelo podría provocar un «bamboleo» en la órbita de Marte detectable con la tecnología actual, gracias a nuestra documentación precisa de la órbita del Planeta Rojo.
«Gracias a décadas de telemetría de precisión, los científicos conocen la distancia entre la Tierra y Marte con una exactitud de unos 10 centímetros [3,9 pulgadas] », declaró en un comunicado David Kaiser, miembro del equipo y catedrático Germeshausen de Historia de la Ciencia en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. «Estamos aprovechando esta región del espacio altamente instrumentada para intentar buscar un pequeño efecto.
«Si lo vemos, eso contaría como una verdadera razón para seguir persiguiendo esta deliciosa idea de que toda la materia oscura consiste en agujeros negros que se engendraron en menos de un segundo después del Big Bang y han estado fluyendo por el universo durante 14.000 millones de años.»
Gran problema; pequeña solución
Para entender por qué la materia oscura es un problema tan enorme para los físicos, considere que supera a las partículas «cotidianas» en un factor de cinco a uno. Eso significa que todas las estrellas, planetas, lunas, asteroides, nubes de gas, cohetes, satélites y naves espaciales sobre las que lees en universeexpedition.com o que observas desde el telescopio de tu jardín representan menos del 20% de la masa total del universo.
Los científicos saben que la materia oscura no puede estar formada por átomos, que se componen de protones, neutrones y electrones. Esto se debe a que estas partículas interactúan con la luz o, más exactamente, con la radiación electromagnética. La materia oscura no interactúa con la luz o, si lo hace, lo hace de forma tan débil que es indetectable. Esto hace que la materia oscura sea invisible para nosotros. Los científicos sólo pueden deducir la existencia de la materia oscura a través de su interacción con la gravedad y de cómo esta interacción afecta a la luz y a la materia ordinaria, como los 642 millones de billones de toneladas métricas de materia que componen Marte.
Ilustración de una cabalgata de agujeros negros primordiales. (Crédito de la imagen: Goddard Space Flight Center de la NASA)Hasta ahora, la búsqueda de candidatos a materia oscura se ha centrado en partículas aún por descubrir. Sin embargo, a medida que estas búsquedas se vuelven más sofisticadas (pero siguen sin dar resultados), los científicos recurren cada vez más a una idea planteada por primera vez en la década de 1970: La materia oscura podría no ser una partícula en absoluto, sino diminutos agujeros negros sobrantes del Big Bang.
Estos agujeros negros primordiales no se formarían a partir del colapso de estrellas masivas, como los agujeros negros de masa estelar, ni formarían una cadena de fusión de pares de agujeros negros cada vez más masivos, como los agujeros negros supermasivos. En su lugar, los agujeros negros primordiales, de existir, se habrían formado a partir de densas bolsas de gas en el universo primitivo, y la rápida expansión del cosmos los habría distribuido por el espacio.
La reflexión sobre el impacto gravitatorio de un agujero negro primordial de este tipo se inició con una reflexión ociosa.
«Creo que alguien me preguntó qué pasaría si un agujero negro primordial atravesara un cuerpo humano», declaró en un comunicado el jefe del equipo, Tung Tran, estudiante de posgrado de la Universidad de Stanford.
A partir de esta pregunta, Tran calculó que si un agujero negro con la masa de un asteroide pasara a menos de 1 metro de una persona, la fuerza que ejercería la empujaría 6 metros en un solo segundo. Entonces, ¿por qué, afortunadamente, esto nunca ocurre? Tran también descubrió que las probabilidades de que un agujero negro primordial pase cerca de una persona en la Tierra son infinitesimales.
Tran se dio cuenta de que, para aumentar las probabilidades de que se produjera esa interacción, se necesitaría un objeto mucho más grande y ancho que una persona. Pero cuanto más grande fuera el cuerpo, menor sería el efecto.
Agujero negro primordial se encuentra con Marte
Tran por primera vez a nuestro sistema Tierra/Luna.
«Extrapolamos para ver qué pasaría si un agujero negro volara cerca de la Tierra y provocara que la Luna se tambaleara un poco», dijo Tran. «Las cifras que obtuvimos no eran muy claras. Hay muchas otras dinámicas en el sistema solar que podrían actuar como algún tipo de fricción para hacer que el bamboleo se amortiguara.»
Para ayudar a aclarar este panorama en desarrollo, los investigadores crearon una simulación sencilla del sistema solar que tenía en cuenta las interacciones gravitatorias entre los planetas y las lunas más grandes de nuestro patio trasero cósmico.
«Las simulaciones más avanzadas del sistema solar incluyen más de un millón de objetos, cada uno de los cuales tiene un efecto residual minúsculo», afirma en un comunicado Benjamin Lehmann, miembro del equipo y becario Pappalardo del MIT. «Pero incluso modelando dos docenas de objetos en una simulación cuidadosa, pudimos ver que había un efecto real en el que podíamos profundizar».
El equipo estimó entonces la frecuencia con la que un agujero negro primordial atravesaría teóricamente el sistema solar, dada la cantidad de materia oscura que se calcula que existe en la región del espacio que rodea al sol.
«Los agujeros negros primordiales no viven en el sistema solar. Más bien, atraviesan el universo, haciendo de las suyas», afirma en el comunicado Sarah Geller, miembro del equipo y postdoctorada en la Universidad de California en Santa Cruz. »Y la probabilidad es que atraviesen el sistema solar interior en algún ángulo una vez cada 10 años aproximadamente.»
Un diagrama que explica cómo evolucionaría el universo con la presencia de agujeros negros primordiales. (Crédito de la imagen: ESA)Una vez calculado el ritmo de paso de los agujeros negros primordiales y teniendo en cuenta la masa de estos candidatos a materia oscura, similar a la de un asteroide, el equipo dedujo que estos diminutos agujeros negros atravesarían el sistema solar a la asombrosa velocidad de 8,5 millones de kilómetros por hora, es decir, unas 7.000 veces la velocidad del sonido.
Centrándose en los «encuentros cercanos» entre estos agujeros negros de carreras y los cuerpos del sistema solar, el equipo descubrió que Marte presentaba en realidad un objetivo mejor que la Tierra o la Luna – al menos uno que pinta una mejor imagen de las interacciones en las que el equipo está interesado.
El equipo descubrió que si un agujero negro primordial pasara a unos cientos de millones de kilómetros de Marte, provocaría una desviación en la órbita del Planeta Rojo. Para ponerlo en perspectiva, Marte está a más de 140 millones de millas de la Tierra, una distancia que es 225 billones de veces mayor que el efecto propuesto.
A pesar de ello, el equipo cree que los instrumentos que actualmente vigilan Marte sí serían capaces de detectar una desviación tan pequeña.
Una ilustración muestra la materia oscura causando un «bamboleo» en el movimiento de Marte. (Crédito de la imagen: Robert Lea (creado con Canva))
Sin embargo, aunque esta desviación se detectara en las próximas décadas, los científicos aún tendrían que confirmar que, efectivamente, fue causada por un agujero negro primordial y no por un asteroide pasajero con la misma masa.
«Necesitamos tanta claridad como podamos de los antecedentes esperados, como las velocidades y distribuciones típicas de las rocas espaciales aburridas, frente a estos agujeros negros primordiales», dijo Kaiser. «Por suerte para nosotros, los astrónomos han estado siguiendo durante décadas las rocas espaciales ordinarias a medida que han volado a través de nuestro sistema solar, por lo que podríamos calcular las propiedades típicas de sus trayectorias y empezar a compararlas con los muy diferentes tipos de trayectorias y velocidades que deberían seguir los agujeros negros primordiales.»
«Es una prueba muy pulcra la que han propuesto, y podría decirnos si el agujero negro más cercano está más cerca de lo que creemos», dijo en el comunicado Matt Caplan, profesor asociado de Física en la Universidad Estatal de Illinois, que no participó en el estudio. «Debo subrayar que también hay un poco de suerte. Que la búsqueda encuentre o no una señal fuerte y clara depende de la trayectoria exacta que siga un agujero negro errante a través del sistema solar».
«Ahora que han comprobado esta idea con simulaciones, tienen que hacer la parte difícil: comprobar los datos reales »La investigación del equipo se publicó el martes (17 de septiembre) en la revista Physical Review D.
