Desde que me asomé por primera vez a un telescopio para buscar la Nebulosa de Orión (M42, la cual pro cierto es sumamente dificil de ver en mi ciudad), siempre tuve la misma sensación: el espacio es un experto en guardar secretos. Pero de todos los misterios que me han quitado el sueño durante mi formación como entusiasta de la astronomía, hay uno que se lleva las palmas. No son las estrellas de neutrones ni los exoplanetas extraños; es la materia oscura. Ese “algo” que no vemos pero que mantiene unido al vecindario galáctico.
Hoy, la ciencia está rozando una posibilidad que me vuela la cabeza: ¿y si los agujeros negros y la materia oscura son, en realidad, parientes cercanos? Específicamente, estamos hablando de los Agujeros Negros Primordiales (PBHs). Estos objetos no son los típicos “cadáveres” de estrellas masivas que colapsaron; son reliquias que, según teorías de gigantes como Stephen Hawking o Yakov Zeldovich, surgieron en el mismísimo “borlote” del Big Bang.
¿Qué son los agujeros negros primordiales (PBHs)?
A diferencia de los agujeros negros formados por la muerte de estrellas masivas, los PBHs se hipotetizan como objetos surgidos durante el mismo Big Bang, en regiones extremadamente densas del espacio-tiempo que colapsaron sin necesidad de convertirse en estrellas primero. Esta teoría, propuesta originalmente por Zeldovich, Novikov y desarrollada por Hawking, sugiere que estos PBHs podrían abarcar una gran variedad de masas, desde tamaños minúsculos hasta considerablemente grandes.
Debido a su formación temprana y su naturaleza no basada en materia bariónica, los PBHs han sido considerados en numerosas hipótesis como candidatos a materia oscura, aunque su abundancia real aún está bajo debate.
El problema de los gigantes “demasiado jóvenes”
Imagínate que vas a una guardería y encuentras a un bebé de seis meses que mide dos metros y pesa 100 kilos. No tiene sentido, ¿verdad? Pues eso es exactamente lo que el Telescopio Espacial James Webb (JWST) está encontrando en el universo primitivo.
Estamos observando agujeros negros supermasivos —con masas de millones de soles— que ya estaban ahí cuando el universo apenas tenía unos 500 o 700 millones de años (un suspiro en tiempo cósmico). Según la física de “librito”, a un agujero negro le toma muchísimo tiempo crecer tanto mediante la acreción (tragando gas) o chocando con otros. Simplemente, las cuentas no salen. Aquí es donde los PBHs entran al quite como las “semillas” perfectas.
¿Semillas de oscuridad o materia oscura?
A diferencia de los agujeros negros que se forman cuando una estrella tipo Supergigante Azul agota su combustible y colapsa, los PBHs habrían nacido de fluctuaciones de densidad en el plasma ardiente del inicio de todo. Si estas regiones eran lo suficientemente densas, colapsaron directamente en un agujero negro sin pasar por ser estrella.
Lo fascinante —y lo que me hace pensar que estamos ante el inicio de una era dorada en la física— es que estos objetos podrían ser la respuesta al misterio de la materia oscura. Si existen en cantidades suficientes y con las masas adecuadas, explicarían por qué las galaxias rotan como lo hacen sin necesidad de inventar partículas exóticas que nadie ha podido detectar en laboratorios terrestres. Resolver este rompecabezas no solo sería “un dato más”; crearía toda una nueva área de investigación que uniría la cosmología de partículas con la astronomía de observación pura y dura.
Rompiendo los límites: El caso de LID-568 y QSO1
Para los que pensaban que esto era pura teoría de pizarrón, les presento a LID-568. Este “muchachito” es un agujero negro supermasivo observado cuando el universo tenía 1,500 millones de años. Su masa desafía lo que llamamos el Límite de Eddington.
Dato para la charla: El Límite de Eddington es básicamente el equilibrio entre la gravedad que jala material hacia adentro y la presión de la radiación que lo empuja hacia afuera. Si un agujero negro brilla demasiado, “empuja” su comida y deja de crecer.
Sin embargo, LID-568 parece estar en un régimen de acreción super-Eddington. Está tragando materia a una velocidad endemoniada, mucho más rápido de lo que la física clásica considera “educado”. Esto sugiere que, con las condiciones de gas frío y baja metalicidad (pocos elementos pesados) del universo temprano, estos objetos pudieron “dar el estirón” en un tiempo récord. Otro ejemplo es QSO1, una galaxia primitiva detectada por el JWST que alberga un agujero negro masivo a pesar de ser pobre en metales, reforzando la idea de que no necesitaron generaciones de estrellas previas para existir.
¿Por qué nos importa esto a nosotros, simples humanos?
Podrías decir: “Oye, está muy padre tu rollo de los agujeros negros, pero yo tengo que pagar la renta mañana”. Y te entiendo, pero mira el panorama completo. Entender los PBHs es entender nuestro origen. Si estos objetos son las semillas de las galaxias, significa que nosotros —tú, yo y tu perro— estamos aquí gracias a que esos gigantes se formaron primero y crearon el andamiaje donde la materia bariónica (la que sí vemos) pudo agruparse para formar soles y planetas.
Estamos en un momento histórico. Con instrumentos como el JWST y futuros detectores de ondas gravitacionales como LISA (una antena espacial gigante que buscará “temblores” en el espacio-tiempo), estamos a nada de confirmar si estos agujeros negros primordiales son reales.
Si se confirma que los PBHs son la materia oscura y las semillas de todo lo que vemos, tendremos que reescribir los libros de texto desde la primera página. No es solo ciencia; es descubrir que el universo, en sus primeros microsegundos, ya estaba sembrando el jardín de galaxias que hoy nos maravilla. Al final del día, somos una especie curiosa tratando de entender un cosmos que parece no tener límites, y eso, la verdad, está bien chido.
Fuentes Fundamentales (Teoría)
- Hawking, S. W. (1971).Gravitationally collapsed objects of very low mass. En este trabajo seminal, Stephen Hawking propuso formalmente la existencia de agujeros negros de masa pequeña formados en el universo temprano.
- Carr, B. J., & Hawking, S. W. (1974).Black holes in the early Universe. Un pilar para entender cómo las fluctuaciones de densidad tras el Big Bang pudieron crear estos objetos.
Hallazgos Recientes y Observaciones (JWST)
- Hyewon, S., et al. (2024).A super-Eddington accreding black hole 1.5 billion years after the Big Bang. Este estudio detalla el caso de LID-568, el agujero negro que “traga” materia a una velocidad que desafía los límites teóricos.
- Bogdán, Á., et al. (2023).Evidence for heavy seed black holes in the normal star-forming galaxy UHZ1. Investigación que utiliza datos del JWST y Chandra para identificar semillas de agujeros negros en el universo primitivo.
Materia Oscura y Divulgación Científica
- Carr, B., & Kühnel, F. (2020).Primordial Black Holes as Dark Matter: Recent Developments. Una revisión exhaustiva y moderna sobre por qué los PBHs siguen siendo los candidatos más “elegantes” para explicar la materia oscura.
- NASA – James Webb Space Telescope Insights:
- Blog oficial del JWST sobre los primeros agujeros negros (Recurso excelente para seguir las noticias de QSO1 y otras galaxias primitivas).
