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En el segundo posterior al Big Bang, las interacciones de partículas
pudieron haber creado agujeros negros, estrellas de bosones y estrellas
caníbales. Crédito: Google Whisk |
Menos de un segundo después del Big Bang, cuando el universo apenas tomaba forma y los elementos atómicos aún no existían, las partículas primordiales pudieron haberse agrupado en diminutos halos de materia. Según un nuevo estudio publicado en Physical Review D por investigadores de la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA), en colaboración con el INFN, el IFPU y la Universidad de Varsovia, esos halos podrían haber colapsado para formar los primeros agujeros negros, estrellas de bosones y las misteriosas “estrellas caníbales”.
El equipo partió de una hipótesis propuesta en varios modelos cosmológicos: que en los primeros instantes del cosmos existió un breve período conocido como Era Temprana Dominada por la Materia (EMDE). Durante esa fase, la materia habría tenido un papel dominante, permitiendo que las partículas interactuaran entre sí y dieran origen a una sorprendente variedad de objetos cósmicos. Los resultados sugieren que el universo, incluso en su infancia, ya albergaba una fascinante diversidad de estructuras físicas.
Gracias a los avances recientes en cosmología, hoy se puede reconstruir gran parte de la historia del universo: desde la inflación, la expansión inicial rapidísima, hasta la nucleosíntesis primordial, el momento en que se formaron los primeros núcleos atómicos más pesados que el hidrógeno, entre los 10 segundos y 20 minutos posteriores al Big Bang. Sin embargo, el período intermedio sigue siendo uno de los mayores enigmas del cosmos.
Los autores del estudio explican que, durante ese intervalo, la materia podría haber predominado brevemente, generando halos capaces de colapsar por su propia gravedad. Si además las partículas interactuaban entre sí, ese proceso habría desencadenado un colapso gravotérmico, el mismo mecanismo que pudo originar objetos compactos como agujeros negros primordiales o estrellas exóticas nunca antes observadas.
Entre esas posibles estructuras se encuentran las estrellas caníbales, una especie teórica de astros en los que la energía no proviene de la fusión nuclear, como en las estrellas convencionales, sino de la autoaniquilación de las propias partículas que los componen. También podrían haberse formado estrellas de bosones, sostenidas por los efectos cuánticos de las partículas mismas. Estas, según los investigadores, habrían existido solo unos segundos antes de colapsar en agujeros negros primordiales o, en algunos casos, podrían haber surgido directamente del colapso de los halos de materia.
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Esta ilustración muestra cómo podrían ser los agujeros negros
primordiales. En realidad, estos agujeros negros tendrían dificultades
para formar discos de acreción, como se observa. Crédito Centro de
Vuelos Espaciales Goddard de la NASA |
El estudio también plantea una nueva visión sobre los agujeros negros primordiales (PBH). Los halos formados durante la EMDE habrían tenido masas pequeñas, inferiores a 1028 gramos, y tras el colapso gravotérmico podrían haber generado agujeros negros aún menores. Los modelos teóricos sugieren que, en ciertos escenarios, estos PBH podrían haberse formado en exceso, contradiciendo las observaciones actuales; mientras que en otros casos, habrían dado lugar a PBH con masa similar a la de los asteroides, lo que podría explicar el origen de toda la materia oscura del universo.
Algunos de esos agujeros negros primordiales, sin embargo, habrían sido tan pequeños que se evaporaron rápidamente, desapareciendo antes incluso de que ocurriera la nucleosíntesis primordial, es decir, antes de que se formaran los primeros átomos ligeros como el hidrógeno o el helio.
Para los autores, los resultados no solo abren nuevas posibilidades sobre los primeros segundos del universo, sino también sobre su evolución actual. “Sería fascinante explorar la formación de estrellas caníbales y de bosones en el universo moderno, a partir del colapso de halos de materia oscura que interactúan consigo mismos”, señalan. Aunque la idea es especulativa, este tipo de investigaciones podrían ofrecer pistas inéditas sobre los procesos que han moldeado la arquitectura cósmica desde los orígenes del tiempo.
Este trabajo sugiere que el universo temprano pudo haber sido mucho más dinámico y variado de lo que creíamos, poblado por estructuras exóticas que existieron durante apenas un suspiro cósmico, pero que dejaron huellas profundas en la historia de todo lo que vino después.
Fuentes, créditos y referencias: