Imagine la formación de un agujero negro y podría imaginarse una estrella masiva que se queda sin combustible y colapsa sobre sí misma. Sin embargo, las condiciones caóticas del universo primitivo pueden haber permitido que se formaran muchos pequeños agujeros negros mucho antes que las primeras estrellas.
Estos agujeros negros primordiales han sido teorizados durante décadas y pueden incluso ser materia oscura infinita, la sustancia invisible que constituye el 85 por ciento de la masa total del universo.
Sin embargo, nunca se ha observado ningún agujero negro primario.
Una nueva investigación copatrocinada por la Universidad de Buffalo propone pensar tanto en grande como en pequeño para confirmar su existencia, lo que sugiere que su firma es mucho mayor – planetas huecos en el espacio – – Minutos – Los materiales cotidianos encontrados en la Tierra pueden variar desde microscópicos túneles. Como piedra, metal y vidrio.
Se publicará en la edición de diciembre de La física del universo oscuro. Y ahora disponible en línea, el estudio teórico sugiere que un antiguo agujero negro atrapado dentro de un objeto rocoso masivo en el Universo devoraría su núcleo líquido y lo ahuecaría. Alternativamente, un agujero negro primordial más rápido puede ser lo suficientemente grande detrás de túneles rectos como para ser visible a través de un microscopio si atraviesa materia sólida, incluido el material de la Tierra.
“Las posibilidades de encontrar estas firmas son muy bajas, pero encontrarlas no requeriría muchos recursos y la recompensa potencial, la primera evidencia de un antiguo agujero negro, sería enorme”, dijo el coautor del estudio Dijan Stojkovic, Ph. D., dice. Catedrático de Física de la Facultad de Artes y Ciencias de la UB. “Tenemos que pensar fuera de lo común porque todo lo que se ha hecho antes para encontrar agujeros negros no ha funcionado”.
El estudio estimó el tamaño que podría crecer un planeta hueco sin colapsar sobre sí mismo, y la posibilidad de que un antiguo agujero negro atraviese un objeto en la Tierra. (Si le preocupa que un agujero negro primordial lo atraviese, no lo esté. El estudio concluyó que no sería fatal).
“Debido a estas grandes probabilidades, nos hemos centrado en rastros concretos que han existido durante miles, millones o miles de millones de años”, dice el coautor D. Chang Dai, Ph.D., de la Universidad Nacional Dong Hua y la Universidad Case Western Reserve. .
El trabajo de Stojkovich fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias, mientras que el trabajo de Dai fue apoyado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Taiwán).
Los objetos huecos no pueden ser más grandes que 1/10 de la Tierra.
A medida que el universo se expandió rápidamente después del Big Bang, las regiones del espacio pueden volverse más densas que sus alrededores, provocando que colapsen para formar agujeros negros primordiales (PBH).
Los PBH serían mucho menos masivos que los agujeros negros estelares formados por estrellas moribundas posteriores, pero seguirían siendo extremadamente densos, como lo es la masa de una montaña apiñada en una región del tamaño de un átomo.
Stojkovic, quien anteriormente sugirió dónde buscar agujeros de gusano teóricos, se preguntó si el PBH alguna vez quedó atrapado dentro de un planeta, luna o asteroide, ya sea durante o después de su formación.
“Si el líquido es el núcleo central del objeto, un PBH atrapado puede absorber el núcleo líquido, que tiene una densidad mayor que la densidad de la capa sólida exterior”, dice Stojkovic.
El PBH puede entonces escapar del objeto si éste es impactado por un asteroide y no deja nada más que una cáscara hueca.
Pero, ¿sería un caparazón lo suficientemente fuerte como para sostenerse a sí mismo o simplemente colapsaría bajo su propia tensión? Al comparar la resistencia de materiales naturales como el granito y el hierro con la tensión superficial y la densidad de la superficie, los investigadores estimaron que un objeto tan hueco no podría tener más de una décima parte del radio de la Tierra, lo que lo haría mucho más pequeño que un planeta menor. más probable. .
“Si es mayor, caerá”, afirma Stojkovic.
Estos objetos huecos se pueden detectar con binoculares. La masa y, por tanto, la densidad, se pueden determinar estudiando la órbita de un objeto.
“Si la densidad del objeto es muy baja para su tamaño, es un buen indicio de que es hueco”, afirma Stojkovic.
Los objetos cotidianos pueden ser detectores de agujeros negros.
El estudio sugiere que para los objetos sin un núcleo líquido, los PBH pueden pasar fácilmente y dejar atrás un túnel recto. Por ejemplo, un PBH con un peso de 1022 El gramo, que es 10 con 22 ceros, dejará tras de sí un túnel de 0,1 micras de espesor.
Una gran losa de metal u otro material puede servir como un detector eficaz de agujeros negros al monitorear la aparición repentina de estos túneles, pero Stojovic dice que es mejor encontrar túneles en material mucho más antiguo. Habrá dificultades, provenientes de edificios que lo son. cientos de años, hasta rocas que tienen miles de millones de años.
Aún así, incluso suponiendo que la materia oscura esté compuesta de PBH, calcularon que la probabilidad de que un PBH atraviese una roca de mil millones de años es de 0,000001.
“Hay que comparar el costo con el beneficio. ¿Cuesta más hacer esto? No, no es así”, dice Stojkovic.
Por lo tanto, la probabilidad de que usted pase PBH durante su vida es baja, por decir lo menos. Incluso si alguien lo hiciera, probablemente no lo notarías.
A diferencia de la roca, el tejido humano tiene una pequeña cantidad de tensión, por lo que el PBH no puede romperlo. Y si bien la energía cinética del PBH puede ser enorme, no puede liberar gran parte durante la colisión porque se mueve muy rápido.
“Si un proyectil atraviesa un medio a una velocidad superior a la del sonido, la estructura molecular del medio no tiene tiempo de reaccionar”, afirma Stojkovic. “Lanza una piedra a través de una ventana, es probable que se rompa. Dispara a una ventana con un arma, es probable que solo deje un agujero”.
Se necesita un nuevo marco teórico.
Estos estudios teóricos son cruciales, dice Stojkovich, señalando que muchos conceptos físicos que antes parecían inconcebibles ahora se consideran posibles.
Stojkovic añadió que este campo se enfrenta actualmente a serios problemas, entre ellos la materia oscura. Sus últimas grandes revoluciones (la mecánica cuántica y la relatividad general) tienen un siglo de antigüedad.
“Las personas más inteligentes del planeta llevan 80 años trabajando en estos problemas y todavía no los han resuelto”, afirma. “No necesitamos una extensión directa de los modelos existentes. Probablemente necesitemos un marco completamente nuevo”.
