¿Los agujeros negros primordiales guiaron a las primeras estrellas del universo?

El modelo cosmológico más aceptado hoy en día sostiene que el universo se formó hace aproximadamente 13.800 millones de años en una explosión masiva de energía llamada Big Bang. Según esta teoría, un punto de densidad y temperatura infinitas creó inicialmente el tiempo, el espacio y la materia mediante una expansión repentina. En los primeros segundos, se formaron partículas fundamentales: protones, neutrones y electrones. Durante los siguientes cientos de miles de años, estas partículas se combinaron para formar átomos simples como el hidrógeno y el helio.

Sin embargo, el nacimiento de estrellas y galaxias ocurrió mucho después. Los procesos que llevaron a su inicio aún son objeto de investigación. En particular, el papel que desempeñaron los agujeros negros primordiales, cuya formación se hipotetiza poco después del Big Bang, en esta evolución ha atraído considerable atención en los últimos años. Como se señala en un informe de Space.com, algunos astrofísicos están explorando la posibilidad de que los agujeros negros primordiales hayan influido en la tasa de formación estelar. Estos agujeros negros no solo explican la materia oscura, sino que también podrían haber contribuido al surgimiento de las primeras fuentes de luz del universo.

• Agujeros negros primordiales: materia oscura y estrellas

¿Semillas? Los agujeros negros primordiales (CP), a diferencia de los agujeros negros típicos formados por el colapso de estrellas, son objetos celestes que se cree que se formaron como resultado de fluctuaciones de densidad en el universo primitivo, incluso en los primeros segundos, antes de la aparición de estrellas. El artículo de Carr y Hawking de 1974 fue pionero en este sentido: «[...] algunas fluctuaciones locales en la densidad de la materia en el universo primitivo podrían haber causado colapsos locales, lo que condujo a la formación de agujeros negros en escalas de tiempo muy pequeñas» (Carr y Hawking, 1974).

Estos agujeros negros podrían funcionar como "semillas gravitacionales" que atrajeron materia en el universo primitivo. Como se afirma en un estudio de García-Bellido et al. (2021), los agujeros negros primordiales no solo son candidatos para la materia oscura, sino que también podrían estar relacionados con la asimetría bariónica, el desequilibrio materia-antimateria en el universo: "Los agujeros negros primordiales podrían representar un origen común de la materia oscura y la densidad bariónica". Esta perspectiva se desarrolló con más detalle en el Manual de Astronomía de Ondas Gravitacionales de García-Bellido de 2022, donde se propuso que los agujeros negros primordiales también podrían ser el origen de las ondas gravitacionales.

Según el análisis de Dolgov y Blinnikov (2014), estos agujeros negros también podrían haber servido como centros gravitacionales que facilitaron la formación de las primeras estrellas. En este modelo, estos agujeros negros atrajeron el gas circundante, iniciando así la formación de los primeros cúmulos estelares. El exhaustivo estudio de Carr y Green, realizado en 2025, destacó que los agujeros negros con rangos de masa variables podrían tener un impacto cosmológico muy amplio, que abarca no solo la formación de estrellas, sino también la de galaxias e incluso la de agujeros negros supermasivos.

• El nacimiento de las primeras estrellas, las Luces brillantes del amanecer cósmico:

Hasta los primeros cientos de millones de años del universo, no había estrellas, un período conocido como la «Edad Oscura». Con el tiempo, nubes de gas, condensadas por la gravedad, formaron las primeras estrellas. Estas estrellas se denominan estrellas de Población III. Yoshida (2019) afirma que estas estrellas eran muy calientes, muy masivas y de corta duración:

“Las primeras estrellas pueden tener masas de varios cientos de veces la del Sol y su vida útil está limitada a sólo unos pocos millones de años” (Yoshida, 2019).

Sin embargo, la rapidez con la que estas estrellas se formaron fue un misterio durante mucho tiempo. Volonteri y Bellovary (2012) abordan esta cuestión de la siguiente manera:

"Los agujeros negros primordiales podrían haber facilitado la acumulación de gas en el centro, contribuyendo así a la rápida formación de regiones densas y calientes de formación estelar".

El trabajo de Smith y Bromm (2019) respalda esta idea: para la formación de estrellas masivas, y por ende, de agujeros negros supermasivos, la existencia de un centro de gravedad preexistente puede ser esencial. Los agujeros negros primordiales podrían haber desempeñado este papel. De igual manera, Melia y McClintock (2015) sugieren que los agujeros negros supermasivos observados en el universo primitivo podrían haberse formado antes que las estrellas, y que estas estructuras podrían haber sido sembradas por protones estelares.

Estos estudios demuestran que el universo primitivo no fue un proceso aleatorio de formación, sino impulsado por dinámicas específicas. Los agujeros negros primordiales podrían no solo haber formado la primera materia oscura del universo, sino también haber sido fundamentales en el surgimiento de las primeras fuentes de luz: las estrellas. Sin embargo, el trabajo de Gaztanaga (2022) invierte este proceso y propone la hipótesis de que el propio universo podría comportarse como un agujero negro supermasivo, estableciendo así conexiones más profundas entre el Big Bang y la física de los agujeros negros.

Como Gow (2021) enfatiza en su tesis doctoral, si esta hipótesis es correcta, los agujeros negros primordiales podrían requerir una reescritura de la historia del universo. En este caso, podríamos estar siguiendo los pasos de los agujeros negros que «organizaron la oscuridad» mucho antes de dar luz a las estrellas.

En última instancia, los estudios teóricos y observacionales de los agujeros negros primordiales pueden ayudarnos a comprender no solo la naturaleza de estos misteriosos objetos, sino también cómo se formaron las primeras estrellas y galaxias del universo. Estudios con observatorios modernos y telescopios espaciales de nueva generación continuarán detectando rastros de estos agujeros negros y comprobando estas hipótesis.

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Recursos

Carr BJ, Hawking SW. (1974). Mon Not R Astron Soc, 168(2), 399–415.

Dolgov AD, Blinnikov SI. (2014). Phys Rev D, 89(2), 021301.

Yoshida N. (2019). Proc Jpn Acad Ser B, 95(1), 17–28.

Volonteri M, Bellovary J. (2012). Representante Prog Phys, 75(12), 124901.

Smith A, Bromm V. (2019). Física Contemporánea.

Meliá F, McClintock TM. (2015). Proc R Soc A, 471(2184), 20150449. Gaztanaga E. (2022). Universo, 8(5), 257.

Carr BJ, Green AM. (2025). En Agujeros negros primordiales. Springer Nature.

Gow A. (2021). Tesis doctoral, Universidad de Sussex.

García-Bellido J, Carr B, Clesse S. (2021). Universo, 8(1), 12.

García-Bellido J. (2022). En Manual de Astronomía de Ondas Gravitacionales, Springer.

Space.com (2024). ¿Acaso los agujeros negros "primordiales" surgidos justo después del Big Bang contribuyeron a la formación de las primeras estrellas de nuestro universo?