Un agujero negro en el sistema solar

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*Por Gaston Giribet

En los últimos años se ha acumulado evidencia de la existencia de ciertas anomalías en las órbitas de objetos transneptunianos; es decir, de objetos de nuestro sistema solar que se encuentran más allá de Neptuno. Lo que sigue es una breve reseña de la que, hoy, se yergue como la más osada y fantástica explicación de este fenómeno.

Anomalías transneptunianas y el Planeta 9

Neptuno se encuentra a 30 Unidades Astronómicas (UA) del Sol, lo que equivale a decir que el radio de su órbita es unas 30 veces más grande que la distancia que separa a la Tierra del Sol. Comienza allí, en los dominios de Neptuno, una extensa región poblada de asteroides que se extiende por más de 20 UA hacia el exterior del sistema solar. Se la conoce como Cinturón de Kuiper, y cuenta entre sus pobladores a muchos asteroides de gran porte y a varios planetas enanos, incluyendo a los fornidos Makemake y Plutón.

En los últimos años, las extrañas perturbaciones observadas en las órbitas de objetos lejanos en el Cinturón de Kuiper hicieron resurgir una idea que, con diversas formas, apareció una y otra vez a lo largos del último puñado de décadas; la idea de que podría existir en nuestro sistema solar un noveno planeta: el Planeta 9.

Según las estimaciones actuales, las anomalías orbitales observadas en el cinturón de Kuiper podrían ser explicadas por la presencia del Planeta 9 si éste se encontrara a algunos cientos de UA del Sol y tuviera una masa de entre 5 y 10 veces la de la Tierra.

Un agujero negro en el fondo de casa

Hace unos meses, a fines de septiembre de 2019, dos físicos teóricos, Jakub Scholtz y James Unwin, publicaron un trabajo [1] en el que exponen una idea nada convencional acerca de la naturaleza del Planeta 9; una idea que, a primera vista, le parecería lisérgica a casi cualquiera. Scholtz y Unwin se preguntaban en su artículo: ¿Y qué si el Planeta 9 se trata, en realidad, de un agujero negro? [2]

De tratarse de un agujero negro, y considerando que su masa sería de tan sólo unas pocas masas terrestres, el Planeta 9 sería, no sólo oscuro, sino también extremadamente denso y pequeño: ¡Unos 10 centímetros de diámetro! Scholtz y Unwin, al tanto de esto, aprovecharon para incluir en su paper un dibujo a escala 1:1 del astro.

Sería un objeto astronómico con una masa 5 veces superior a la de nuestro planeta, pero que se parecería mucho menos a la Tierra que a una bola 8 de pool, aunque mucho más pesada: Su enorme campo gravitatorio perturbaría no sólo las órbitas transneptunianas, sino que afectaría también a la luz en su propio entorno, sumiéndose a sí mismo en una invisibilidad extrema.

Esta invisibilidad, no obstante, podría verse interrumpida: Dada su considerable masa, un halo de materia oscura se acumularía en torno a él, acompañándolo, y dependiendo de la naturaleza de la materia oscura, algo sobre lo que no tenemos certeza, podría esto resultar en una tenue emisión de luz que emanaría de su entorno cercano. Sería ésa una forma de descubrirlo.

Agujero negro primordial

Pero la física no es tan sencilla como el simple imaginar: Hay varios problemas con esto de pensar un agujero negro de tal masa. Para empezar, hasta donde entendemos, los agujeros negros nacen tras la muerte de ciertas estrellas luego de un largo proceso que culmina con el colapso gravitacional de la moribunda sobre sí misma. Para que esto ocurra, la estrella progenitora debe tener una cierta masa crítica, una masa que excede a la del Sol. Esto resulta en que los agujeros negros formados a partir de estrellas no pueden tener menos de 3 masas solares, lo que es mucho más que la masa que tendría el mentado Planeto 9. Esto significa que el Planeta 9, de existir, y de tratarse de un agujero negro, no podría haber nacido de una estrella. Otro tuvo que haber sido su origen, y sólo hay una alternativa: El Planeta 9 debe ser, entonces, un “agujero negro primordial”; es decir, un agujero negro que nació con el universo, en el mismo momento del Big Bang.

En los últimos años, a partir de que las primeras detecciones de ondas gravitacionales nos alertaran de que parece haber en el cosmos más agujeros negros de los que ingenuamente suponíamos, la atención sobre la posibilidad de que existan agujeros negros primordiales se vio reforzada. Desde mediados de 2015, muchos advirtieron que las cotas observacionales previamente establecidas para la abundancia de agujeros negros primordiales habían sido exageradas: Puede haber más de lo que habíamos creído. Se abre así la posibilidad de aceptar la existencia –y abundancia— de astros oscuros y ultradensos con masas comparables a las de los planetas. El Planeta 9 podría ser de tal suerte.

Aun así, hay ciertas restricciones: Por un lado, los agujeros negros primordiales no pueden ser muy pequeños, porque, si lo fueran, serían muy calientes y los efectos de radiación térmica predichos por Stephen Hawking los habrían hecho evaporarse en un tiempo menor a la edad del universo, y entonces ya no podrían existir. Por otro lado, los agujeros negros primordiales tampoco pueden ser muy grandes, puesto que, si lo fueran, su gravedad produciría distorsiones ópticas conocidas como “micro-lensing” y que jamás hemos observado … Pará, pará … ¿Dije “jamás”?

En realidad, hubo en los últimos años una serie de observaciones de distorsiones ópticas que bien podrían corresponder a efectos de micro-lensing. Además, tales distorsiones son compatibles con las que producirían objetos compactos y oscuros de masas comparables a las del Planeta 9. Esto quiere decir que ya tenemos dos evidencias que apuntan en la misma dirección: Por un lado, un inobservado pero necesario planeta allá afuera; por el otro, evidencia creciente de que objetos oscuros y compactos parecen estar dando vueltas por ahí.

Una legión de naves espaciales

En un artículo muy reciente [3], publicado hace tan solo tres días, Edward Witten – sí, el mismo— levanta el guante y considera seriamente la idea de que el Planeta 9 pueda tratarse de un agujero negro. Witten se pregunta: ¿Cómo comprobar si, en efecto, existe a 500 UA del Sol un objeto oscuro y compacto de unas pocas masas terrestres y cuyo tamaño podría no exceder el de mi mano? A esta pregunta responde: Pues, vayamos a ver.

Lo que Witten propone en su trabajo es enviar hacia las regiones externas de nuestro sistema solar una legión de naves espaciales que, una vez allí, podrían comunicarse con la tierra para reportar lo encontrado. Si te parece chiste, no dejes de leer lo que falta…

… Ahora bien, hay un problema: Las enormes distancias atentan contra esta empresa al nivel de hacerla parecer imposible. De inmediato uno advierte que para llegar a la zona (500 UA) en no más de una década, las naves deberían viajar a cientos de kilómetros por segundo durante todo ese tiempo; algo ciertamente irrealizable. Pero la propuesta de Witten, un entusiasta de los viajes espaciales, es otra: Adaptando ideas de otros, él sugiere que naves pequeñas, de no más de un par de gramos, sean lanzadas al cosmos y aceleradas desde la Tierra con rayos láser potentes. El efecto acumulado de la aceleración podría hacer que las micro-naves alcanzaran el 0.1 % de la velocidad de la luz en un tiempo razonable y, así, llegaran a las 500 UA en unos cuantos años.  Una vez allí, las micro-naves reportarían por radio a la Tierra sus observaciones, y tardaría esa transmisión casi tres días en llegarnos. Si las micro-naves fueran muchas como para cubrir una apertura angular substancial que abarcara la órbita, y si las trayectorias de las micro-naves fueran observadas con precisión meridiana, podríamos, sugiere Witten, tener una observación in situ de la situación y saber confirmar si, en efecto, hay un pequeño agujero negro en el fondo de casa.

Referencias

[1] J. Scholtz & J. Unwin, “What if Planet 9 is a primordial black hole”, arXiv:1909.11090 [+]

[2] S. Perkins, “Planet nine may actually be a black hole”, in Science, Sept. 27, 2019 [+]

[3] E. Witten, “Searching for black hole in the outer Solar system”, arXiv: 2004.14192 [+]

* Gaston Giribet es profesor e investigador en el Departamento de Física, Exactas, UBA.