¿Qué pasaría si un agujero negro del tamaño de un protón impactara contra la Tierra?

Comprimamos toda la masa del planeta Tierra (unos 6 cuatrillones de kilogramos) al tamaño de una canica de unos 1.8 centímetros de diámetro. En ese improbable escenario, nuestro planeta se habría convertido en un miniagujero negro, nada que ver con los supermasivos como el que habita en el centro de la Vía Láctea, recientemente fotografiado.

Teóricamente, durante los primeros instantes del big bang, se produjo el colapso gravitatorio de regiones extremadamente calientes y densas del universo, y se formaron los agujeros negros primordiales. Propuestos por el físico Stephen Hawking, estos extraordinarios objetos pueden poseer cualquier masa. Pero son los de tamaño reducido (menor que un átomo) los que han suscitado mayor interés, ya que se cree que podrían constituir gran parte de la materia oscura del universo.

Hasta la fecha no ha sido posible detectarlos. Pero sí se ha estudiado cuántos podrían chocar contra la Tierra y qué sucedería tras el impacto.

No son agujeros totalmente negros

¿Cuánto de pequeños pueden llegar a ser estos agujeros negros? ¿Existe un límite en su tamaño? Entramos en el terreno (altamente especulativo) de los llamados microagujeros negros.

Hipotéticamente, estos objetos tendrían masas de unos 0.00002 gramos y tamaños trillones de veces menores que un protón: se desintegrarían de forma prácticamente instantánea. De hecho, se cree que cualquier agujero negro primordial acabaría su vida en forma de un microagujero antes de evaporarse por completo.

Pero quizá lo más sorprendente es que se encuentran a temperaturas muy elevadas, emitiendo radiación (la denominada radiación de Hawking): cuanto más pequeños sean, más temperatura alcanzan hasta, eventualmente, evaporarse por completo.

Hawking escribe en Breve historia del tiempo: del Big Bang a los agujeros negros que estos objetos primordiales “no son totalmente negros”, pues también emiten energía, especialmente aquellos de menor tamaño.

A modo de ejemplo, un agujero negro primordial con una masa equivalente al monte Everest tendría el tamaño aproximado de un átomo, alcanzando una temperatura de millones de grados centígrados.

¿Cómo sería un encuentro con uno de ellos?

Supongamos que tuviéramos la oportunidad de encontrarnos con uno de estos miniagujeros negros de 1 kilogramo de masa. En este caso, su tamaño sería trillones de veces más pequeño que el de un átomo de hidrógeno.

En principio no tendríamos por qué preocuparnos: al ser tan pequeño, no tendría capacidad para absorber materia de su alrededor. Se desintegraría de forma casi instantánea, probablemente generando una explosión equivalente a una bomba termonuclear.

Si el desafortunado encuentro tuviera lugar con un agujero negro de masa asteroidal (un millón de veces menos masivo que la Luna, pero con un tamaño del orden del átomo de hidrógeno), éste no se desintegraría de forma inmediata (ya que su vida media sería mayor que la edad estimada del universo). No asistiríamos a una explosión como la anterior, pero este agujero negro diminuto empezaría a devorar progresiva y lentamente la materia circundante. En ese caso, el escenario final para nuestro planeta no sería muy alentador.

¿Y si uno de ellos impactara contra la Tierra?

Los investigadores creen que los agujeros negros primordiales (de diferentes tamaños) podrían estar ubicados en regiones galácticas donde la concentración de materia oscura es notablemente alta.

Así, estos objetos vagarían por el universo (moviéndose en diferentes direcciones y velocidades) y podrían interactuar con otros astros como agujeros negros masivos, estrellas o planetas (la Tierra entre ellos).

¿Y que le sucedería a nuestro planeta si uno de estos visitantes diminutos impactara contra nosotros?

Un estudio publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society abordaba este hipotético escenario para un agujero negro del tamaño de un protón, y partiendo de la suposición de que el 100 % de la materia oscura estuviera formada por agujeros negros primordiales. En cuanto a la probabilidad de ocurrencia, podemos estar tranquilos: se espera un impacto contra la Tierra cada 1 000 millones de años

Además, dada su alta velocidad, estos agujeros negros minúsculos no quedarían atrapados en el interior de nuestro planeta (lo que sería fatal, pues comenzaría a devorarla lentamente desde dentro). En lugar de eso la atravesarían dejando cráteres de entrada y salida, generándose una intensa actividad sísmica. Según los cálculos de estos investigadores, la cantidad de energía liberada en esta colisión sería comparable a la de un asteroide de un kilómetro de tamaño.

¿Cómo podríamos detectarlos en el universo?

En una reciente publicación propuse la posible interacción de un agujero negro de tamaño atómico y uno de los objetos más densos del universo: una estrella de neutrones.

La hipótesis de partida es que uno de estos agujeros negros podría encontrarse con una estrella de neutrones vieja (cuya temperatura es muy baja y ha perdido prácticamente toda su velocidad de rotación). Según los cálculos, la frecuencia de estos encuentros sería del orden de 20 eventos por año, aunque la mayoría sería difícil de observar debido a su enorme distancia y a la orientación adecuada respecto a la Tierra.

Se consideran dos escenarios posibles: primero, cuando la estrella de neutrones captura el agujero negro primordial. Segundo, cuando el agujero negro de tamaño atómico se acerca desde muy lejos, rodea la estrella de neutrones y se vuelve a alejar. Es lo que se denomina escenario de dispersión.

Dependiendo del tipo de evento se generaría una señal característica y única (un estallido de rayos gamma o GRB) que serviría para identificar las interacciones, constituyendo una prueba indirecta de la existencia de los agujeros negros diminutos.

Una publicación del Instituto Max Planck de Astrofísica ha propuesto otra forma de hallar estos minúsculos agujeros negros. Parten de que que el exceso de emisión de ciertas estrellas gigantes rojas podría deberse a la presencia en su interior de miniagujeros negros, alimentándose de materia estelar, permitiendo su eventual localización.

Implicaciones de la existencia de agujeros negros primordiales

Desde luego que sería un hallazgo apasionante, pues quedaría confirmada una de las grandes predicciones astrofísicas del siglo XX: la radiación de Hawking y el posible origen primordial los diminutos agujeros negros.

En palabras del mismísimo Stephen Hawking, “los agujeros negros no son tan negros como los pintan. No son las prisiones eternas que alguna vez se pensó. Las cosas pueden salir de un agujero negro tanto al exterior como, posiblemente, a otro universo.”

Óscar del Barco Novillo, Profesor asociado. Departamento de Física (área de Óptica)., Universidad de Murcia

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.