Un segundo puede parecer una fracción de tiempo irrelevante en la historia del universo. Sin embargo, lo que sucedió durante ese brevísimo instante tras el Big Bang podría haber dejado huellas que siguen marcando la estructura cósmica actual. Una nueva hipótesis, formulada por un equipo internacional de físicos teóricos, sugiere que en esos primeros instantes se formaron agujeros negros diminutos y extraños tipos de estrellas, incluso antes de que existieran los átomos.
El estudio, publicado en Physical Review D, plantea una posibilidad tan audaz como sugerente: que ciertos procesos físicos permitieron la aparición de objetos extremadamente densos, como agujeros negros primordiales, estrellas de bosones y estrellas caníbales, cuando el universo tenía apenas una fracción de segundo de edad. Lo revolucionario de esta propuesta no es solo el tipo de objetos descritos, sino su cronología: serían anteriores a cualquier átomo, lo cual cambia radicalmente la forma en que se concibe el origen de la materia y la evolución del cosmos.
Un universo sin átomos… pero con agujeros negros
En la historia estándar del universo, los primeros átomos ligeros —como el hidrógeno o el helio— no aparecen hasta unos minutos después del Big Bang, durante un proceso conocido como nucleosíntesis primordial. Antes de eso, el cosmos estaba compuesto por un plasma caliente de partículas elementales, sin estructura definida. Lo que plantea este estudio es que, bajo ciertas condiciones, ese plasma podría haber dado lugar a halos de materia que colapsaron formando agujeros negros y otros objetos densos.
Estos agujeros negros primordiales no nacen del colapso de estrellas —como los agujeros negros conocidos actualmente—, sino directamente de fluctuaciones de densidad en el universo primitivo. Por eso, no contienen átomos ni están hechos de materia ordinaria, y además, pueden haberse formado antes de que existiera cualquier átomo en el universo. Como explican los autores, en una etapa conocida como “era temprana dominada por la materia” (EMDE, por sus siglas en inglés), estas estructuras pudieron aparecer espontáneamente como resultado de colapsos gravotérmicos.
La existencia de esta etapa aún no está confirmada, pero diversos modelos cosmológicos la contemplan como una posibilidad viable. En ella, ciertas partículas pesadas y de vida larga podrían haber dominado momentáneamente el comportamiento energético del universo. Si esas partículas se agrupaban en halos, y si además interactuaban lo suficiente entre sí, entonces podrían haber colapsado en formas compactas y exóticas, como las descritas en el artículo.
Estrellas extrañas que se autodevoran
Uno de los puntos más llamativos del estudio es la descripción de objetos llamados estrellas caníbales. A diferencia de las estrellas comunes, que obtienen su energía de la fusión nuclear, estas estrellas hipotéticas se alimentarían mediante un proceso radicalmente distinto: la autoaniquilación de sus propias partículas. En palabras del artículo, “son similares a las estrellas tradicionales, excepto que es la autoaniquilación de partículas —en lugar de la fusión nuclear— lo que las alimenta”.
También aparecen en el estudio las estrellas de bosones, otro tipo de objeto denso y exótico, formado por partículas cuyas propiedades cuánticas permiten que se comporten como un solo estado colectivo. En estas estrellas, la presión cuántica puede contrarrestar la gravedad, manteniéndolas estables —al menos por unos segundos— antes de colapsar en agujeros negros. Estos fenómenos ilustran la increíble variedad de procesos que podrían haber tenido lugar en los primeros momentos del cosmos, más allá del modelo simplificado que suele divulgarse.
Lo interesante es que tanto las estrellas caníbales como las estrellas de bosones podrían haber sido transitorias, apareciendo y desapareciendo en escalas de tiempo muy cortas. En algunos casos, su existencia habría sido el paso previo para la formación de agujeros negros primordiales; en otros, podrían haber desaparecido sin dejar rastro, pero afectando la evolución posterior del universo.
Materia oscura y agujeros negros diminutos
Uno de los grandes enigmas de la física moderna es la materia oscura, esa forma de materia invisible que parece dominar la masa total del universo, pero que aún no ha sido detectada directamente. El estudio que nos ocupa sugiere que ciertos agujeros negros primordiales, de masa similar a la de un asteroide, podrían ser candidatos a explicar toda la materia oscura existente. Esta idea no es nueva, pero el modelo propuesto ofrece una nueva vía para su producción: a través del colapso de halos de partículas en una etapa muy temprana del universo.
Los autores utilizaron un modelo teórico simplificado para mostrar que, bajo ciertos parámetros, se podría generar una abundancia considerable de estos agujeros negros sin violar las restricciones observacionales actuales. Eso sí, también advierten que en otras condiciones, la producción sería excesiva, lo que descartaría el modelo. Esta ambigüedad refleja la delicada interacción entre teoría y observación en la cosmología contemporánea.
Además, se contempla la posibilidad de que algunos de estos agujeros negros se evaporaran rápidamente por radiación de Hawking, desapareciendo incluso antes de que se formaran los primeros átomos. Otros, sin embargo, podrían haber sobrevivido hasta hoy y estar dispersos en el universo, contribuyendo a la materia oscura de forma silenciosa pero significativa.
Nuevas puertas para la física del universo temprano
El valor del estudio no se limita a proponer nuevos tipos de objetos cósmicos. También ofrece una herramienta teórica para explorar el comportamiento de partículas en condiciones extremas, y para investigar cómo pequeñas diferencias en los parámetros del universo primitivo podrían haber dado lugar a resultados drásticamente distintos. En este sentido, sirve como un marco conceptual para futuros estudios que busquen rastros indirectos de estos fenómenos.
Como reconocen los autores, “sería interesante explorar la formación de estrellas caníbales y estrellas de bosones en el universo actual, a través del colapso de halos de materia oscura auto-interactuante”. Aunque se trata de una idea especulativa, plantea la posibilidad de que procesos similares sigan ocurriendo hoy, quizás en condiciones muy específicas o en regiones remotas del cosmos.
Estas hipótesis abren la puerta a buscar señales astrofísicas inesperadas, como emisiones inusuales de energía, o fluctuaciones en la distribución de materia que solo pueden explicarse si se consideran este tipo de objetos exóticos. Si alguna de estas predicciones se confirmara, se trataría de un paso de gigante hacia la comprensión del origen de la materia, la estructura del universo y la naturaleza de la gravedad.
Referencias
- Pranjal Ralegankar, Alessandro Raccanelli, Marit Sandstad y Alexander Westphal. Gravothermalizing into primordial black holes, boson stars, and cannibal stars. Physical Review D (2025). DOI: 10.1103/xpwl-w5zk.
Cortesía de Muy Interesante
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