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Agujero negros primordiales y pre-primordiales

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Agujero negros primordiales y pre-primordiales

Área: Espacio — Martes, 10 de Mayo de 2011
Proponen la existencia de agujeros negros previos al Big Bang y la formación de átomos gravitatorios formados por agujeros negros primordiales.
Foto
Además de los agujeros negros supermasivos de los centros galácticos y de los creados en los colapsos de estrellas masivas, se propusieron en su día agujeros negros mucho más ligeros: los agujeros negros primordiales.
Según los teóricos, estos agujeros negros se tuvieron que formar en grandes cantidades durante el Big Bang. Las densidades de materia que había durante el Big Bang podían haber permitido la formación de estos agujeros negros, al fin y al cabo, para formar uno sólo hace falta concentrar materia suficiente en una pequeña región del espacio. Según el Universo se expandía estos agujeros negros primordiales debían de haberse dispersado por el Cosmos.
Aclaremos ante todo que los agujeros negros (del tipo que sean) no son gigantescas aspiradoras cósmicas que se tragan todo lo que pase a su lado. Si el Sol se transformara súbitamente en un agujero negro, los planetas (congelados por la falta de luz) seguirían, como si nada, describiendo sus mismas orbitas como siempre lo han venido haciendo. No serían tragados por el monstruo negro. 
Por definición, los agujeros negros no se ven, pero se pueden observar los efectos que tienen sobre la materia que les rodea. Esto es cierto sobre todo en los dos primeros tipos de agujeros antes citados, pero en el caso de los agujeros negros primordiales se supone esto sería un poco más difícil. Sin embargo, los agujeros negros primordiales se supone que deben ser tan ligeros (del orden de toneladas) que deben evaporarse rápidamente y explotar, haciéndose visible su desaparición.
En el trabajo que hizo a Hawking famoso se propuso un mecanismo que permitía la evaporación de todo agujero negro. Se puede utilizar una analogía para explicar el efecto. Cerca del horizontes de sucesos se puede formar un par virtual partícula-antipartícula (gracias al principio de incertidumbre esto ocurre constantemente) y una de ellas puede cruzar dicho horizonte y caer al agujero negro portando masa negativa. La que queda toma consistencia real y escapa con masa positiva.
El mecanismo de evaporación es tanto más efectivo cuanto menos masivo es el agujero negro, así que el fin de todo agujero negro se experimenta como una explosión que nosotros veríamos como un destello de rayos gamma. Los agujeros negros estelares o supermasivos tendrán vidas tan largas que nunca veremos su evaporación. Pero los agujeros negros primordiales deben de estar explotando ya y nosotros deberíamos de ver esas explosiones, pero parecer que no vemos ninguna. Se espera que el telescopio Fermi consiga confirmar uno de estos eventos algún día.
Ahora, Pace VanDevender y Aaron VanDevender proponen que quizás estos agujeros negros interaccionan con las partículas de su alrededor y forman “átomos” gravitacionales.
Recordemos primero en qué consiste un átomo de hidrógeno. Básicamente hay un núcleo formado por un protón y un electrón que orbita a su alrededor. El electrón está atrapado dentro del pozo de potencial creado por el campo electromagnético al tener protón y electrón cargas opuestas. Cuando, en su día, se propuso este modelo por primera vez ningún físico de la época se lo creía. La razón era que según la Física Clásica era posible toda órbita y nivel de energía del electrón y éste tenía que radiar su energía en forma de ondas electromagnética hasta caer sobre el protón. La Mecánica Cuántica solucionó el problema al proponer que sólo ciertos estados y niveles de energía eran posibles. El primer esbozo de solución fue proporcionado por el danés Niels Bohr.
Uno puede llegar a imaginar otro tipo de potencial para ligar ese electrón. Otros potenciales, pero no el producido por el campo gravitatorio, porque en ese caso la fuerza gravitatoria es tan débil que no parece tener sentido.
Este problema de la jerarquía, es decir, la extremadísima debilidad de la fuerza gravitatoria frente a las demás fuerzas, es un asunto que todavía no se ha explicado, pero es así.
No obstante, estos investigadores han sustituido el núcleo atómico por algo bastante poderoso desde el punto de vista gravitatorio: un agujero negro primordial. Uno de estos objetos tiene un campo gravitatorio lo suficientemente intenso como para poder crear estados ligados. En otras palabras, podría atrapar partículas y átomos que girarían a su alrededor sin ser engullidos. Las partículas no caerían al agujero debido a un efecto cuántico muy similar al de los átomos normales, es decir, no se comportarían clásicamente.
Para agujeros negros muy pequeños esto sería muy difícil que se diera porque la probabilidad de encontrarse con un átomo y atraparlo sería reducida. Además, la energía térmica de estas partículas a atrapar sería superior a la energía que les ligaría al campo gravitatorio creado por el agujero. Este sería el caso de los supuestos agujeros negros que se tenían que crear en el LHC y que de momento nadie ha visto.
Pero los agujeros negros primordiales de entre 10 y 1000 toneladas estarían rodeados por capas de átomos neutros atrapados, como por ejemplo de hierro y silicio. Según estos autores, si uno de esos agujeros negros cruza la Tierra debe de emitir radiofrecuencias generadas por los átomos de esas capas perdidos durante el evento.
Aunque no se detecte nada al respecto, un estudio sobre esta posibilidad debe arrojar límites o cotas a la presencia de estos agujeros negros primordiales, así que sería igualmente útil.
Pero si estos agujeros negros primordiales ya parecen raros, lo son aún más los pre-primordiales, objetos cuya existencia se ha propuesto reciente. Aunque tradicionalmente se ha puesto al Big Bang como el origen de todo, incluso del espacio y del tiempo, últimamente hay estudios teóricos que proponen la existencia de un universo previo al nuestro, quizás uno que se contraía.
Esta idea de un universo previo es de difícil o imposible comprobación experimental por definición, así que no es falsable, pero se puede pensar en las posibilidades que abre.
Puede que el universo sea cíclico y que experimente expansiones y contracciones, aunque nadie haya aclarado bien cómo un universo en expansión acelerada, debido a la energía oscura, puede llegar a detener su expansión y contraerse. Dejando de lado la teoría de la quintaesencia (de horrible nombre, por cierto, what were they thinking?) esto no ha sido solucionado aún sobre el papel, y ni mucho menos con algún tipo de corroboración experimental.
Pero la existencia de un pre-universo da mucho juego. Ahora, Bernard Carr y Alan Coley proponen que si el pre-universo experimentó un colapso quizás algún agujero negro haya evitado la singularidad (en realidad, muchos de los esfuerzos realizados en Relatividad General y en Gravedad Cuántica están encaminados a evitar la formación de singularidades) que se debe forma durante el colapso final.
Según los cálculos efectuados por estos teóricos, los agujeros negros pre-primordiales supervivientes pueden tener masas desde cientos de miles de toneladas a tener una masa como la del Sol. Lo malo es que esta gama de masas los haría indistinguibles de los agujeros negros primordiales y de los estelares que se formaron y se forman en nuestro universo.
Como ya sabemos, los agujeros negros “no tienen pelos” y dos agujeros negros con la misma masa, carga y momento angular son indistinguibles. Digamos que el agujero negro borra la historia de su formación, olvida su origen. Así que parece difícil que se encuentre un rasgo que distinga a los agujeros negros pre-primordiales de los demás.
O puede que esto sea una prueba más de que los físicos teóricos también practican el onanismo, intelectualmente hablando, claro.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3489
Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv I.
Artículo en ArXiv II.
Foto: imagen de una simulación del espacio-tiempo alrededor de una agujero negro. Fuente: Caltech.

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Thalia