Físicos de la Universidad de Massachusetts sugieren que un agujero negro primordial explotó y podría explicar el misterio de la materia oscura
Un equipo de físicos de la Universidad de Massachusetts Amherst propone que la detección en 2023 de un neutrino con una energía inexplicablemente alta podría ser evidencia de la explosión de un tipo especial de agujero negro primordial, lo que no solo explicaría este fenómeno sino que también podría resolver el misterio de la materia oscura en el universo.
La comunidad científica quedó desconcertada en 2023 cuando un neutrino impactó contra la Tierra con una energía 100.000 veces superior a la máxima producida por el Gran Colisionador de Hadrones, el acelerador de partículas más potente del mundo. Según los investigadores de la Universidad de Massachusetts Amherst, este fenómeno aparentemente imposible podría tener una explicación revolucionaria: la explosión de un "agujero negro primordial cuasi-extremal".
En una investigación publicada en Physical Review Letters, el equipo no solo ofrece una explicación para este neutrino de alta energía, sino que sugiere que este tipo de partículas elementales podrían revelar la naturaleza fundamental del universo.
A diferencia de los agujeros negros convencionales, que se forman tras el colapso de estrellas masivas, los agujeros negros primordiales (PBH, por sus siglas en inglés) se habrían creado poco después del Big Bang, según la teoría propuesta por el físico Stephen Hawking en 1970. Estos PBH, aunque igualmente densos, podrían ser mucho más ligeros que los agujeros negros observados hasta ahora.
"Cuanto más ligero es un agujero negro, más caliente debería ser y más partículas emitirá", explica Andrea Thamm, coautora de la investigación y profesora asistente de física en UMass Amherst. "A medida que los PBH se evaporan, se vuelven cada vez más ligeros y, por tanto, más calientes, emitiendo aún más radiación en un proceso desbocado hasta la explosión. Es esa radiación de Hawking la que nuestros telescopios pueden detectar".
La observación de tal explosión proporcionaría un catálogo definitivo de todas las partículas subatómicas existentes, incluyendo las ya conocidas como electrones, quarks y bosones de Higgs, las hipotéticas como las partículas de materia oscura, y todas aquellas completamente desconocidas para la ciencia actual. El equipo de UMass Amherst ha demostrado previamente que estas explosiones podrían ocurrir con una frecuencia sorprendente —aproximadamente cada década— y que nuestros instrumentos actuales de observación cósmica podrían registrarlas.
Sin embargo, surgió una discrepancia: mientras el experimento KM3NeT Collaboration captó ese neutrino imposible en 2023, otro experimento similar llamado IceCube, también diseñado para capturar neutrinos cósmicos de alta energía, no solo no registró el evento, sino que nunca había detectado nada con ni siquiera una centésima parte de su potencia.
"Creemos que los PBH con una 'carga oscura' —lo que llamamos PBH cuasi-extremales— son el eslabón perdido", afirma Joaquim Iguaz Juan, investigador postdoctoral en física en UMass Amherst y coautor del estudio. La carga oscura es esencialmente una copia de la fuerza eléctrica convencional, pero que incluye una versión muy pesada y hipotética del electrón, que el equipo denomina "electrón oscuro".
"Hay otros modelos más simples de PBH", señala Michael Baker, coautor y profesor asistente de física en UMass Amherst. "Nuestro modelo de carga oscura es más complejo, lo que significa que puede proporcionar un modelo más preciso de la realidad. Lo fascinante es ver que nuestro modelo puede explicar este fenómeno de otra manera inexplicable".
"Un PBH con carga oscura", añade Thamm, "tiene propiedades únicas y se comporta de manera diferente a otros modelos de PBH más simples. Hemos demostrado que esto puede proporcionar una explicación de todos los datos experimentales aparentemente inconsistentes".
El equipo confía en que su modelo de PBH con carga oscura no solo puede explicar el neutrino, sino también resolver el misterio de la materia oscura. "Las observaciones de galaxias y del fondo cósmico de microondas sugieren que existe algún tipo de materia oscura", dice Baker.
"Si nuestra hipotética carga oscura es cierta", añade Iguaz Juan, "entonces creemos que podría haber una población significativa de PBH, lo que sería consistente con otras observaciones astrofísicas y explicaría toda la materia oscura faltante en el universo".
"La observación del neutrino de alta energía fue un evento increíble", concluye Baker. "Nos dio una nueva ventana al universo. Pero ahora podríamos estar al borde de verificar experimentalmente la radiación de Hawking, obtener evidencia tanto de agujeros negros primordiales como de nuevas partículas más allá del Modelo Estándar, y explicar el misterio de la materia oscura".
