Los agujeros negros primordiales (PBHs, por sus siglas en inglés) han cobrado relevancia en el estudio de la materia oscura del universo. Estos agujeros negros, que se formarían en los primeros segundos tras el Big Bang a partir de concentraciones extremadamente densas de partículas subatómicas, son considerados como una de las principales candidaturas para explicar la materia oscura fría, junto a partículas como los neutrinos estériles, axiones y partículas masivas que interactúan débilmente (WIMPs).
Según investigaciones recientes, los PBHs son teóricamente estables, pero pueden evaporarse a través de efectos cuánticos, un fenómeno que el renombrado físico Stephen Hawking describió en 1975. La vida útil de un agujero negro está relacionada con el cubo de su masa inicial, lo que sugiere que, tras 13.800 millones de años desde el Big Bang, solo aquellos PBHs con una masa inicial de un billón de kilogramos o más deberían haber sobrevivido hasta nuestros días. Sin embargo, estudios recientes sugieren que la vida útil de un agujero negro podría ser mucho más larga de lo previsto debido al «efecto de carga de memoria», que estabiliza a los agujeros negros contra la evaporación al mantener la información que contienen.
Investigaciones sobre la detección de PBHs
Un equipo de investigación japonés ha propuesto un método para detectar la hipotética materia oscura compuesta por PBHs, a través del estudio de las ondas gravitacionales inducidas por las perturbaciones de curvatura primordial que resultaron en la formación de estos agujeros negros. Este trabajo ha sido publicado en la revista Physical Review D, y representa un avance significativo en la búsqueda de evidencias sobre la existencia de PBHs como materia oscura.
El investigador Kazunori Kohri, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, declaró que este estudio es el primero en el mundo que plantea que futuras observaciones de ondas gravitacionales podrían confirmar la existencia de PBHs como materia oscura. A pesar de múltiples búsquedas experimentales, los físicos aún no han logrado detectar señales de materia oscura en aceleradores de partículas, en detectores subterráneos y en exploraciones espaciales.
Las investigaciones sugieren que, si la teoría del «efecto de carga de memoria» es válida, esto permitiría construir un modelo con una incertidumbre extremadamente baja. Este efecto, descubierto por el físico georgiano Gia Dvali en 2018, postula que el estado de un agujero negro se estabiliza por la información que retiene. Este «recuerdo» podría ralentizar el proceso de evaporación de los agujeros negros, extendiendo así su vida útil.
Los autores del estudio se centraron en agujeros negros primordiales con una masa inicial entre 100 kg y 10 millones de kg, considerando que podrían ser responsables de la materia oscura que observamos hoy. Al analizar las propiedades observacionales de las ondas gravitacionales, los investigadores han podido calcular los espectros de estas ondas que podrían existir en la actualidad, así como la relación señal-ruido esperada para un año de observaciones con futuros observatorios de ondas gravitacionales.
Sus cálculos indican que los PBHs, si han sobrevivido hasta la actualidad, podrían inducir ondas gravitacionales de baja frecuencia que serían detectables por observatorios en desarrollo, como el LISA (Laser Interferometer Space Antenna) y el DECIGO (Deci-hertz Interferometer Gravitational Wave Observatory) en Japón, así como el Big Bang Observatory propuesto por la Agencia Espacial Europea (ESA).
El estudio también establece criterios que permitirían a los astrónomos de ondas gravitacionales confirmar o descartar la hipótesis de la materia oscura compuesta por PBHs con carga de memoria. La identificación de estas ondas gravitacionales podría proporcionar una nueva perspectiva sobre la composición del universo y la naturaleza de la materia oscura.
