¿Hay un agujero negro en nuestro patio trasero?

Una ilustración irónica del Planeta Nueve, un objeto aún no observado que se cree que orbita a 20 mil millones de millas del sol y que algunos astrónomos han sugerido que puede ser un agujero negro. Durante todo el verano, algunos astrofísicos han estado discutiendo sobre cómo encontrar el Planeta Nueve, si es que está allí, y qué hacer al respecto, proponiendo planes que están a la mitad de este mundo. Ilustración: David Plunkert / The New York Times

Los astrofísicos han comenzado recientemente a urdir planes para descubrir cuán extraño podría ser el Planeta Nueve

Por Dennis Overbye

Traducido Por L. Domenech

¿Qué puede hacer un astrofísico durante una pandemia, excepto tal vez soñar despierto con tener un agujero negro privado?

Aunque probablemente sea una ilusión, algunos astrónomos sostienen que un agujero negro puede estar al acecho en nuestro sistema solar. Han estado discutiendo sobre cómo encontrarlo, si está allí y qué hacer al respecto, proponiendo planes que están a la mitad de este mundo.

La especulación comenzó en 2016 cuando Michael Brown y Konstantin Batygin, astrónomos del Instituto de Tecnología de California, propusieron que los extraños movimientos de unas pocas bolas de hielo miles de millones de millas más allá de Plutón podrían ser evidencia de una forma de objeto previamente desconocida e insospechada, muy lejos. en la oscuridad.

Según sus cálculos, ese objeto sería aproximadamente 10 veces más masivo que la Tierra y ocuparía una órbita en forma de huevo que lo acercó a 20 mil millones de millas del sol, varias veces la distancia del sol a Plutón, y lo llevó hasta 100 mil millones de millas de distancia cada 10,000 a 20,000 años.

"Lo que no sabemos es dónde está en su órbita, lo cual es una lástima", dijo Brown a The New York Times en ese momento.

Brown llamó a este objeto hipotético Planeta Nueve. No hace mucho, Plutón era considerado el noveno planeta, pero los descubrimientos de Brown de otros habitantes en el cinturón de Kuiper, el reino de bolas de tierra congeladas y en órbita que habita Plutón, jugaron un papel importante en degradar a Plutón a un planeta enano hace 15 años.

No hace falta decir que nadie ha visto esto a través de un telescopio.

El año pasado, dos astrónomos, Jakub Scholtz de la Universidad de Durham en Gran Bretaña y James Unwin de la Universidad de Illinois en Chicago, sugirieron que el Planeta Nueve podría ser en realidad un agujero negro. Pero no cualquier tipo de agujero negro.

Los agujeros negros son los terrores gravitacionales predichos por las ecuaciones de Albert Einstein, objetos tan densos que ni siquiera la luz puede escapar de ellos: pasajes de un solo sentido hacia la perdición. Los astrónomos saben que existen tales entidades. El Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser y el Observatorio Virgo han escuchado agujeros negros, las capas gravitacionales de estrellas muertas colapsadas, golpeando juntas en el cosmos oscuro. Algunos cosmólogos han especulado que los agujeros negros podrían representar el 25% de la masa del universo y podrían constituir la famosa y elusiva “materia oscura” que determina la estructura gravitacional de lo que vemos en el cielo.

Pero no necesitas una estrella para morir para hacer un agujero negro. En 1971, Stephen Hawking, basándose en una idea sugerida anteriormente en 1966 por los físicos rusos Yakov Borisovich Zel'dovich e Igor Dmitriyevich Novikov, teorizó que las intensas presiones durante el Big Bang podrían haber colapsado la materia directamente en agujeros negros. Esos agujeros negros primordiales podrían ser de cualquier tamaño y estar en cualquier lugar. Un agujero negro tan masivo como la Tierra tendría aproximadamente el tamaño de una pelota de ping-pong y sería excepcionalmente difícil de ver.

Todavía no se han detectado tales agujeros negros primordiales. Pero tampoco se ha descartado su existencia. Scholtz y Unwin señalaron que un experimento llamado OGLE, de Optical Gravitational Lensing Experiment, con sede en la Universidad de Varsovia en Polonia, había detectado la presencia de media docena de objetos oscuros en la dirección del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Sus campos gravitacionales habían actuado como lentes, amplificando brevemente la luz de las estrellas distantes frente a las que se desplazaban.

Esos objetos podrían ser planetas que floten libremente, dijeron los autores, con masas que oscilan entre la mitad y aproximadamente 20 veces la de la Tierra. Pero también podrían ser agujeros negros primordiales flotando alrededor de la galaxia, propusieron los astrónomos. Si ese fuera el caso, el supuesto Planeta Nueve también podría ser un agujero negro en una órbita distante alrededor del sol.

Cómo encontrar una pelota de ping-pong cósmica

Eso haría del Planeta Nueve el agujero negro más cercano a la Tierra por muchos años luz, tan cerca que los humanos podrían contemplar el envío de una sonda robot allí, al igual que New Horizons ha pasado Plutón y el iceberg con mancuernas ahora conocido como Arrokoth a 4 mil millones de millas de aquí.

Pero primero debemos encontrar el Planeta Nueve. A principios de este año, Edward Witten, físico teórico del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, Nueva Jersey, intervino. Witten es el raro físico que ha ganado la prestigiosa Medalla Fields en matemáticas y es conocido, entre otras cosas, por su trabajo. sobre la teoría de cuerdas, la controvertida "teoría del todo". Witten sugirió tomar prestado un truco de Breakthrough Starshot, la propuesta del filántropo ruso Yuri Milner y Hawking de enviar miles de sondas microscópicas impulsadas por láser al sistema estelar más cercano, Alpha Centauri.

Witten sugirió enviar cientos de sondas igualmente pequeñas al exterior para explorar el sistema solar. Al realizar un seguimiento de las señales entrantes de las sondas, los científicos en la Tierra podrían saber si y cuándo cada una aceleró o desaceleró al encontrarse con el campo gravitacional del Planeta Nueve o cualquier otra cosa allí afuera.

La clave de este plan sería la capacidad de las sondas para seguir haciendo ping a la Tierra precisamente cada cienmilésima de segundo. En mayo, los astrónomos Scott Lawrence y Zeeve Rogoszinski de la Universidad de Maryland sugirieron, en cambio, monitorear las trayectorias de las sondas con radiotelescopios de alta resolución.

"Todo esto es con la esperanza de que el Planeta 9 exista y resulte ser un agujero negro", dijo Witten en un correo electrónico, "y que la tecnología se desarrolle lo suficiente como para que sea posible una versión escalada adecuada de Breakthrough Starshot".

En un correo electrónico, su colega Nima Arkani-Hamed, también un destacado teórico de cuerdas, calificó estas ideas de "bastante futuristas, ¡pero realmente geniales!"

El Observatorio Vera C. Rubin en lo alto del Cerro Pachón en Chile. Foto: Observatorio Vera C.Rubin / NSF / AURA vía The New York Times

Vera Rubin presta un ojo

En mayo, Avi Loeb, presidente del departamento de astronomía de la Universidad de Harvard y líder de una junta asesora científica para la empresa Breakthrough Starshot, vertió agua fría en ese sueño. En su propia publicación, él y Thiem Hoang de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Corea argumentaron que los efectos de la fricción y las fuerzas electromagnéticas en el medio interestelar, el gas electrificado diluido que flota entre los planetas y las estrellas, inundarían la señal de cualquier gravedad. efectos del Planeta Nueve.

Pero Loeb rara vez se ha encontrado con una teoría o un proyecto que suene a ciencia ficción que no lo intriga. Es bien conocido en los círculos astronómicos por argumentar que los astrónomos deberían tomarse en serio la posibilidad de que Oumuamua, el objeto parecido a un cometa que atravesó el sistema solar desde el espacio interestelar en 2017, fuera en realidad una sonda espacial extraterrestre.

Entonces, en julio, Loeb regresó con un estudiante, Amir Siraj, y una nueva idea para encontrar el agujero negro del Planeta Nueve. Si hubiera un agujero negro, argumentaron, ocasionalmente destrozaría pequeños cometas, provocando llamaradas brillantes que pronto podrían ser detectadas por el nuevo Observatorio Vera C.Rubin, anteriormente conocido como el Gran Telescopio de Levantamiento Sinóptico, ahora en construcción en Chile. . La misión del observatorio, a partir de 2021, es hacer una película del universo, produciendo un panorama de todo el cielo nocturno del sur cada pocos días y revelando cualquier cosa que haya cambiado o se haya movido.

Estos brotes deberían ocurrir varias veces al año, anotaron. “Nuestros cálculos muestran que las llamaradas serán lo suficientemente brillantes como para que el Observatorio Vera Rubin descarte o confirme el Planeta Nueve como un agujero negro dentro de un año de monitorear el cielo con su L.S.S.T. encuesta ”, escribió Loeb en un correo electrónico.

Además, debido a que el telescopio Rubin examina una franja de cielo tan grande, podría detectar o descartar agujeros negros de tamaño similar hasta la nube de Oort, un conjunto vago y difuso de proto- metos y gentuza primordial congelada a 1 billón de millas de distancia el sol, dijeron.

La idea de un agujero negro en nuestro sistema solar "es tan sorprendente como encontrar evidencia de que alguien podría estar viviendo en el cobertizo de su patio trasero", dijo Loeb en el correo electrónico. "Si es así, ¿quién es y cómo llegó allí?"

¿Quieres papas fritas con ese agujero negro?

Si la teoría funciona, no es una locura pensar que los humanos podrían contemplar el envío de una sonda para estudiar nuestro agujero negro local. ¿Qué aprendería allí?

Una de las principales prioridades para muchos astrofísicos y expertos en gravedad sería probar una predicción hecha por Hawking hace 46 años, que los agujeros negros, a pesar de su nombre, deberían irradiar energía en forma de calor. Casi todos los astrofísicos creen que la predicción se confirmará, pero aún no lo ha hecho. El efecto sería más que minúsculo para los agujeros negros gigantes como los que han estado grabando LIGO y Virgo y, por lo tanto, imposible de discernir. Pero los agujeros negros más pequeños son más calientes y se calientan aún más a medida que se encogen y finalmente explotan.

Un agujero negro de unas seis veces la masa de la Tierra tendría una temperatura de aproximadamente 0,04 grados Kelvin, según Witten. Eso es más frío que el espacio exterior, que está a unos 3 grados Kelvin, y demasiado frío para medirlo desde la Tierra.

“Sería un desafío medirlo de cerca”, señaló Witten. "Pero no está descartado que se pueda hacer a finales de siglo".

Añadió: "Creo que se necesitaría una nave espacial de masa sustancial que orbitara el objeto y lo estudiara en detalle, no un sobrevuelo de una nave espacial en miniatura".

En una charla en la Iniciativa Agujero Negro de Harvard hace un par de años, Loeb bromeó sobre otra posibilidad en el contexto de un viaje de campo a un agujero negro. Como relató en un correo electrónico: “Dado que los agujeros negros ofrecen un entorno raro donde se puede probar la teoría de cuerdas, recomendé a mis amigos de la teoría de cuerdas que entraran en el horizonte de ese agujero negro y probaran su teoría allí. Nima Arkani-Hamed gritó a la audiencia que debía tener una agenda oculta para enviar a los teóricos de cuerdas a un agujero negro ".

Por ahora, la última palabra pertenece a Brown, el promotor del Planeta Nueve, quien, cuando llegó, admitió que era posible que el Planeta Nueve fuera un agujero negro. "Pero no tiene sentido", dijo. "También es posible que el Planeta Nueve sea una hamburguesa de seis masas terrestres, supongo".

Añadió: "La buena noticia es que el Planeta Nueve es muy, muy, muy poco probable que sea un agujero negro, pero podemos usar sondas como esta para estudiarlo una vez que lo encontremos".

Este artículo se puede leer en su versión original en inglés en Medium/The New York Times