Un agujero negro primario es un tipo hipotético de agujero negro , que no se formó debido al colapso gravitatorio de una estrella grande, sino en materia superdensa en el momento de la expansión inicial del Universo .
Según el modelo del Big Bang , después de la llamada era de Planck , la presión y la temperatura en el universo eran superaltas [1] . En estas condiciones, las simples fluctuaciones en la densidad de la materia eran lo suficientemente grandes como para dar lugar a agujeros negros. Aunque la mayoría de las regiones de alta densidad se han alejado unas de otras debido a la expansión del universo , los agujeros negros primordiales, siendo estables, podrían haber sobrevivido hasta el presente.
Los cosmólogos han sugerido que los agujeros negros primordiales con masas que oscilan entre 10 14 kg y 10 23 kg [2] pueden constituir materia oscura [3] [4] . Estos son los principales candidatos para el papel de partículas de materia oscura [5] . Los agujeros negros con estas masas (el rango de masa típico de un asteroide ) incluyen objetos que son lo suficientemente pequeños para sobrevivir hasta el presente, pero lo suficientemente grandes como para explicar el efecto de lente gravitacional observado .
Una forma posible de detectar agujeros negros primordiales es rastrear su radiación de Hawking . Stephen Hawking sugirió en 1974 que podría existir una gran cantidad de pequeños agujeros negros primordiales en la región del halo galáctico de nuestra Galaxia . Según la hipótesis, todos los agujeros negros emiten radiación de Hawking en una cantidad inversamente proporcional a su masa. A medida que esta radiación reduce su masa, los agujeros negros con masas muy pequeñas se “evaporan” rápidamente, produciendo en la etapa final una explosión equivalente a la explosión de una bomba de hidrógeno de millones de megatones [6] . Por otro lado, un agujero negro estable con una masa de alrededor de 3 masas solares no puede perder su masa durante la existencia del Universo (tomará alrededor de 10 69 años para esto). Pero, dado que los agujeros negros primordiales no se forman por el colapso de las estrellas, pueden ser de cualquier tamaño, y un agujero negro con una masa de alrededor de 10 11 kg tendrá una vida útil aproximadamente igual a la edad del universo (alrededor de 13 mil millones años). Si tales agujeros negros de baja masa surgieron en cantidades suficientes durante el Big Bang, deberíamos poder observar algunos de ellos hoy. El Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi , lanzado en un satélite de la NASA en junio de 2008, fue diseñado específicamente para buscar agujeros negros primordiales "evaporándose". Pero si la radiación de Hawking no existe realmente, detectar agujeros negros primordiales sería extremadamente difícil, si no imposible, debido a su pequeño tamaño y gravedad .
Se ha sugerido [7] [8] que los agujeros negros microscópicos con una masa del orden de un nucleón y enormes velocidades pueden penetrar libremente en la Tierra sin consecuencias perjudiciales para ella, mientras producen una señal acústica perceptible.
Otra forma de detectar agujeros negros primordiales es observando la superficie de las estrellas . Si un agujero negro atraviesa una estrella visible, la densidad de esta última puede experimentar fluctuaciones observables [9] [10] .
La evaporación de los agujeros negros primordiales se ha propuesto como una posible explicación de los estallidos de rayos gamma . Otros problemas cosmológicos que podrían resolverse con agujeros negros primordiales incluyen el problema de la materia oscura , el problema del muro del dominio cosmológico [11] y el problema del monopolo cosmológico [12] . Dado que los agujeros negros primordiales pueden ser de cualquier tamaño, la cuestión de ellos también es relevante cuando se considera la aparición de galaxias .
Incluso si el estudio de los agujeros negros primordiales no resuelve los problemas anteriores, los agujeros negros identificados (a partir de 2010, se confirma la existencia de solo dos agujeros negros de masa media ) permiten establecer límites en el espectro de fluctuaciones de densidad en un Primera etapa de la existencia del Universo.
De acuerdo con la teoría general de la relatividad , los agujeros negros primordiales más pequeños ya deberían haberse "evaporado", pero si están ubicados en un espacio de cuatro dimensiones , donde, como predijo la teoría de cuerdas , la fuerza de la gravedad no actúa en pequeñas escalas, esto "ralentizará significativamente la evaporación" [13] . Esto puede significar que actualmente hay varios miles de agujeros negros primordiales en nuestra galaxia. El telescopio espacial de rayos gamma Fermi , lanzado en un satélite de la NASA en junio de 2008, se utiliza para probar esta teoría . En el caso de la aparición de un determinado patrón de interferencia de los estallidos de rayos gamma, esta puede ser la primera confirmación indirecta de la existencia de los agujeros negros primordiales y la teoría de cuerdas.