La mecánica cuántica intenta explicar la razón de la desaparición de los agujeros negros
Una posible explicación de por qué nunca se han observado agujeros negros primordiales en el universo.
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Cuando pensamos en agujeros negros, inmediatamente pensamos en objetos más grandes que el sistema solar. Estos son los famosos agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de cada galaxia. Pero los agujeros negros que se han observado tienen diferentes tamaños, que van desde el tamaño de planetas hasta tamaños más grandes que los sistemas planetarios.
Desde el siglo pasado, los físicos han teorizado sobre la posibilidad de la existencia de agujeros negros llamados agujeros negros primordiales. Estos objetos se habrían generado en los primeros momentos del universo debido a perturbaciones de densidad en el entramado del espacio-tiempo. Los agujeros negros primordiales podrían tener diferentes tamaños, desde más grandes que el sistema solar hasta el tamaño de un átomo.
Hasta la fecha no se ha observado ningún agujero negro primordial a pesar de los crecientes esfuerzos en la búsqueda de agujeros negros. Se han ganado el sobrenombre de agujeros negros en desaparición. Un grupo de físicos propuso una nueva explicación utilizando la Mecánica Cuántica del motivo de esta desaparición.
Big Bang e inflación
Uno de los modelos más aceptados dentro de la Cosmología es el ΛCDM, que es el modelo encargado de describir el Big Bang. Según este modelo, el universo se está expandiendo y en algún momento del pasado se condensó en un solo punto. Cuando este punto empezó a expandirse se le llamó Big Bang.
Unos momentos después del Big Bang se produjo un proceso llamado inflación donde el universo se expandió rápidamente. Durante este momento, las perturbaciones que existían en el tejido del espacio-tiempo también se amplificaron debido a la expansión. Una posible explicación es que estas perturbaciones amplificadas permitieron estructuras más complejas cientos de millones de años después.
Agujeros negros primordiales
Una de las consecuencias de esta inflación es la aparición de agujeros negros primordiales. Serían agujeros negros que se crearon precisamente cuando se produjo la inflación y colapsaron regiones con diferencias de densidad. El físico Stephen Hawking estimó que algunos de estos agujeros negros primordiales llegarían al final de sus vidas en los últimos mil millones de años del universo.
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Una hipótesis es que los agujeros negros primordiales son responsables de al menos parte de la materia oscura calculada. Como podrían estar aislados y ser difíciles de observar, se percibirían gravitacionalmente pero no a través de radiación electromagnética como la materia oscura. Pero aún queda el misterio de por qué no vimos ningún ejemplar.
Teoría cuántica de campos
Una de las áreas de la Física es la Teoría Cuántica de Campos (TQC), que combina conceptos de la mecánica cuántica y la teoría de la relatividad. La idea es describir las partículas y las interacciones presentes dentro del Modelo Estándar. Dentro de TQC, las partículas se describen como excitaciones de campo que se encuentran en cada punto del espacio.
Uno de los retos de TQC es combinar la relatividad general con el resto de la descripción dentro del área. La materia oscura tampoco encaja bien en la descripción del TQC. Sin embargo, un trabajo reciente sostiene que utilizando herramientas TQC es posible explicar por qué desaparecen los agujeros negros primordiales.
Agujeros negros que desaparecen
Una de las explicaciones es que durante los primeros momentos del universo y la inflación, las ondas tenían amplitudes altas pero longitudes de onda cortas. Cuanto más corta es la longitud de onda, más enérgica es la onda. Estas ondas estarían asociadas a la generación de agujeros negros primordiales en estos primeros momentos.
Lo que encontró el estudio es que al observar los primeros momentos del universo y estas ondas, conocidas como CMB, solo se observan unas pocas longitudes de onda. Esto explicaría por qué observamos pocos agujeros negros primordiales incluso en las observaciones del CMB. Estas longitudes de onda asociadas con los agujeros negros primordiales no estarían relacionadas.