La explosión de un agujero negro podría cambiar nuestra comprensión del universo
Observaciones recientes realizadas con neutrinos plantean la hipótesis de un fenómeno previsto por Stephen Hawking.
Los agujeros negros primordiales son objetos hipotéticos propuestos por Stephen Hawking que se habrían formado en los primeros momentos tras el Big Bang. Se habrían formado a partir de fluctuaciones extremas de densidad en el universo primitivo. Tras su formación, estos agujeros negros podrían haber tenido masas que oscilaban entre valores comparables a los átomos y masas planetarias o incluso superiores.
Además, Stephen Hawking también introdujo el concepto de radiación de Hawking, que establece que los agujeros negros pueden emitir radiación térmica. En el caso de los agujeros negros primordiales de baja masa, este proceso conllevaría una pérdida gradual de energía con el tiempo, lo que daría lugar a una fase final extremadamente energética. Durante esta fase, un agujero negro primordial de baja masa podría explotar y liberar partículas energéticas como fotones de alta energía, rayos gamma y neutrinos.
Recientemente, experimentos de neutrinos con el observatorio KM3NeT detectaron eventos energéticos que algunos físicos interpretan como posibles indicios de la explosión de agujeros negros primigenios. De confirmarse, esta sería la primera observación de un agujero negro primigenio y podría abrir una nueva ventana observacional a la física del universo primigenio.
Agujeros negros primordiales
Los agujeros negros primordiales son objetos teóricos que se habrían formado en los primeros momentos del universo, poco después del Big Bang. Se formarían cuando pequeñas fluctuaciones de densidad se amplificaron hasta el punto de colapso gravitacional. A diferencia de los agujeros negros astrofísicos que observamos hoy, como los agujeros negros estelares y supermasivos, los agujeros negros primordiales pueden existir en diferentes tamaños, desde átomos hasta estrellas.
La existencia de estos agujeros negros está vinculada a las condiciones físicas del universo joven y a posibles fases de expansión acelerada o transiciones de fase en el plasma primigenio. De existir, estas fases de expansión podrían influir en la formación de estructuras cósmicas y afectar la dinámica del universo a gran escala. Los agujeros negros primigenios se estudian con frecuencia como candidatos a materia oscura, ya que interactúan principalmente a través de la gravedad.
Radiación de Hawking
La radiación de Hawking es un efecto cuántico propuesto por Stephen Hawking, según el cual los agujeros negros emiten partículas debido a fluctuaciones cuánticas cerca del horizonte de eventos. Este proceso provoca una lenta pérdida de masa del agujero negro, siendo prácticamente imperceptible para los agujeros negros estelares o supermasivos. Sin embargo, cuanto menor es la masa del agujero negro, mayor es la tasa de emisión de esta radiación y más rápida es su evaporación.
En el caso de los agujeros negros primordiales, especialmente los de baja masa formados en el universo primigenio, la radiación de Hawking puede provocar su completa evaporación con el tiempo. En las etapas finales de este proceso, se liberan grandes cantidades de energía en un corto período de tiempo, lo que da lugar a una explosión. Durante este proceso, se espera la emisión de partículas altamente energéticas, como fotones y neutrinos.
Un agujero negro explotando
En 2023, el detector de neutrinos KM3NeT registró un neutrino con una energía aproximadamente 100.000 veces mayor que la partícula más grande jamás producida en el LHC. Este evento permaneció sin explicación, ya que ningún fenómeno astrofísico conocido emitía esta energía en neutrinos. Por lo tanto, algunos físicos analizaron la posibilidad de que la señal fuera el resultado de la explosión final de un agujero negro primordial.
Los investigadores han sugerido la existencia de agujeros negros primordiales con una "carga oscura", asociada con partículas más allá del Modelo Estándar. Estos agujeros negros tendrían diferentes tasas de emisión y firmas observacionales, lo que podría generar eventos raros y direccionales que explicarían por qué algunos observatorios no los han detectado. De confirmarse, esta hipótesis indicaría la primera observación indirecta de la explosión de un agujero negro primordial.
Respuestas sobre la materia oscura
Estos modelos, que presentan agujeros negros primordiales con una "carga oscura", ofrecen una nueva forma de explicar la naturaleza de la materia oscura. Una gran población de agujeros negros primordiales que se formó en el universo primitivo podría actuar como materia oscura. Esto explicaría en parte por qué solo podemos observar la materia oscura gravitacionalmente.
Esto permitiría explicar la producción de neutrinos energéticos observados y, al mismo tiempo, proporcionar una explicación unificada de la materia oscura. Si más evidencia confirma esta hipótesis, se abriría la posibilidad de verificar observacionalmente la radiación de Hawking y demostrar la existencia de agujeros negros primordiales.
Referencia de la noticia
Baker at al. 2025 Explaining the PeV neutrino fluxes at KM3NeT and IceCube with quasiextremal primordial black holes Physical Review Letters