El misterio del primer segundo del Universo: ¿hubo estrellas y agujeros negros antes de átomos?

Antes de que existieran los átomos, el Universo ya estaba repleto de actividad. O eso es, al menos, lo que un reciente estudio publicado en la revista científica Physical Review D afirma. Durante una fase fugaz del universo primitivo, justo después del Big Bang y conocida como la Era de Materia Temprana, las partículas del cosmos podrían haberse agrupado en nubes de materia que colapsaron bajo su propio peso. De ese proceso podrían haber surgido los primeros agujeros negros y algunas misteriosas estrellas que te explicaremos a continuación.

El Universo en su primer segundo: cómo nacieron los primeros agujeros negros, estrellas caníbales y estrellas de bosones

El trabajo, firmado por científicos de la Escuela Internacional de Estudios Avanzados en colaboración con el Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia, el Instituto de Física Fundamental del Universo y la Universidad de Varsovia, ofrece una nueva manera de entender lo que sucedió en el cosmos justo una fracción de segundo después de su nacimiento. Los autores, en el comunicado publicado en EurekAlert, hablan de cómo las interacciones entre partículas en ese momento podrían haber desencadenado colapsos gravitacionales que formaron una curiosa variedad de objetos cósmicos.

Hasta ahora, la historia del Universo temprano se conocía con detalle desde la llamada inflación, la rápida expansión tras el Big Bang, hasta la nucleosíntesis primordial, el proceso mediante el cual se formaron los primeros núcleos atómicos del Universo, entre unos 10 segundos y 20 minutos después del Big Bang. Aquí es donde surgieron los primeros elementos, como el hidrógeno, el helio, el deuterio o el litio.

Sin embargo, el periodo intermedio entre ambos procesos aún seguía siendo un misterio. Este estudio sugiere que durante ese breve período de tiempo el universo pudo estar dominado por la materia, lo que permitió la formación natural de agrupaciones que, al interactuar entre sí, se colapsaron para formar objetos compactos. Y no solo hablamos de agujeros negros, sino también de diferentes tipos de estrellas.

Por ejemplo, los investigadores hablan de estrellas caníbales, un tipo de objeto que no está alimentado por fusión nuclear, sino por la autodestrucción de las partículas que las componen. En esa fracción de segundo, también podrían haber surgido las estrellas de bosones, que no soportan procesos de fusión ni calor, sino que, desde la más pura teoría, procederían del comportamiento ondulatorio de los bosones. En definitiva, una estrella creada a partir de un cóctel puramente cuántico.

Ambos tipos de estrellas habrían vivido apenas unos segundos antes de colapsar en agujeros negros primordiales o bien estos podrían haberse formado directamente a partir de las agrupaciones de materia originales. Estas agrupaciones, a menudo descritas como halos, fueron generadas en la Era de Materia Temprana y tendrían masas inferiores a 10²⁸ gramos. Y aquí es cuando llega una teoría sorprendente: su colapso habría producido agujeros negros pequeños, que podrían haberse evaporado rápidamente, o agujeros negros con una masa similar a la de un asteroide, que podrían haber sobrevivido hasta hoy y que compondrían la totalidad de la materia oscura.

Más allá de un excelente valor teórico, los investigadores creen que su investigación abre un nuevo campo de estudio: comprender cómo se formarían estructuras similares a las estrellas caníbales o las estrellas de bosones en el universo actual, a partir del colapso de agrupaciones de materia oscura. Si el estudio acaba siendo confirmado, no solo se podría explicar mejor el origen del cosmos, sino también algunos de sus comportamientos.