Los científicos podrían haber descubierto una nueva forma de detectar algunos de los objetos más misteriosos del universo, los agujeros negros primordiales (PBH), mediante la radiación de Hawking. Este innovador enfoque se basa en la observación de sus señales de radiación a su paso por el sistema solar. Esta técnica podría finalmente ayudarnos a resolver uno de los mayores enigmas de la cosmología: qué constituye la materia oscura invisible que constituye el 85% de toda la materia del universo.
La naturaleza de la materia oscura aún se nos escapa. Sabemos que existe porque podemos observar sus efectos gravitacionales en las galaxias y otras estructuras cósmicas, pero nunca hemos establecido qué es realmente. Entre los principales candidatos se encuentran los PBH, antiguos agujeros negros que se formaron en los primeros momentos del universo a partir de bolsas de materia extremadamente densas creadas poco después del Big Bang.
Un nuevo artículo propone que la clave para detectar estos antiguos objetos reside en la radiación de Hawking, un fenómeno en el que todos los agujeros negros emiten radiación inversamente proporcional a su masa. Los agujeros negros más pequeños irradian con mayor intensidad, mientras que los grandes irradian menos. Los intentos previos para detectarlos se basaban en el estudio de la radiación cósmica de fondo, pero esta nueva idea sugiere que podríamos detectar agujeros negros individuales a medida que atraviesan nuestro sistema solar.
La ventaja de este método reside en su precisión. En lugar de extraer señales débiles del fondo cósmico, los científicos buscarían picos distintivos dependientes del tiempo en la detección de positrones cuando un agujero negro de fondo (PBH) pasa cerca de la Tierra. Los positrones son el foco de este estudio, a pesar de que la radiación de Hawking es en realidad un espectro amplio que incluye neutrinos, otras partículas fundamentales y, por supuesto, positrones. Se seleccionó el positrón porque este componente de la radiación de Hawking es más fácil de detectar con el Espectrómetro Magnético Alfa (AMS), instalado en la Estación Espacial Internacional.
La investigación, dirigida por Alexandra P. Klipfel y publicada en el servidor de preimpresiones arXiv, consiste en calcular la frecuencia con la que estos antiguos agujeros negros podrían transitar por el sistema solar interior y simular las señales de radiación que producirían. Los resultados son prometedores: las simulaciones arrojan aproximadamente un tránsito de PBH detectable al año.
Esto representa una mejora drástica con respecto a los métodos de detección actuales. En lugar de depender de modelos complejos de propagación de rayos cósmicos y distribución de materia oscura galáctica, todos los cuales introducen incertidumbres, este enfoque proporcionaría mediciones directas y locales con información precisa sobre la sincronización.
Lo emocionante de esta investigación es que finalmente podría detectar agujeros negros preexistentes que los científicos no habían podido encontrar antes. Los investigadores demuestran que, al medir positrones diariamente (utilizando la misma calidad de datos que AMS ya recopila), podrían identificar los tipos específicos de agujeros negros antiguos que podrían constituir la mayor parte de la materia oscura.
La técnica también podría extenderse más allá de los positrones. Los investigadores sugieren que la búsqueda de emisiones de rayos gamma y rayos X de la radiación de Hawking podría explorar aún más a fondo la ventana de masas de asteroides (masas de agujeros negros preexistentes que van desde 10¹⁴ gramos, aproximadamente la masa de un asteroide pequeño, hasta 10²⁴ gramos, comparable a la masa de Ceres), cubriendo potencialmente todo el rango donde los agujeros negros preexistentes podrían constituir toda la materia oscura.
Este enfoque representa un cambio significativo en la detección de materia oscura, desde la observación pasiva a la búsqueda activa de objetos individuales en nuestro propio vecindario. De tener éxito, no solo detectaría materia oscura, sino que proporcionaría información detallada sobre la distribución y abundancia de la masa de los PBH.
A medida que mejoren las capacidades de detección y entren en funcionamiento nuevos observatorios espaciales, esta técnica podría finalmente responder a la pregunta de si el andamiaje invisible de nuestro universo consiste en antiguos agujeros negros del tamaño de asteroides que flotan por el espacio, delatando ocasionalmente su presencia a través del tenue resplandor de la radiación de Hawking.
Con información de arXiv
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