Agujeros Negros en el Núcleo
Los agujeros negros se han caracterizado de muchas maneras a lo largo de las décadas transcurridas desde su indiscutible confirmación -pasando de teoría a hecho-, pero sus caracterizaciones menos conocidas incluyen ser los objetos más brillantes del universo conocido, llamados cuásares, las fuentes de las mayores emisiones de materia y energía -al parecer bastante contrarias a sus principales cualidades de ser negros y un agujero ineludible-, así como recientemente han sido caracterizados como fuentes de energía potencialmente generadoras de vida y como motores de creación [1, véase también ¡Las pruebas de que los agujeros negros forman galaxias están aumentando!] En un aparente intento de llamar la atención, se les suele caracterizar como voraces sistemas que no hacen más que sembrar el caos y la destrucción, y aunque esto puede ser bueno para los titulares más impactantes, no es una caracterización exacta de los agujeros negros, y ha engañado en gran medida tanto a los científicos como al público no técnico.
Lo que sabemos ahora, a menudo mediante la observación directa de los sistemas dinámicos que se forman alrededor de los agujeros negros, es que sí, son sistemas tremendamente energéticos, pero también generan una gran coherencia y orden, y son parte integral de la formación y desarrollo de la materia organizada. Esto ya es bien conocido en el caso de las galaxias, pero el concepto también está empezando a extenderse a otros sistemas organizados de materia: como las estrellas [2], los átomos [3] e incluso el propio universo [véase el artículo de la Dra. Inés Urdaneta ¿Está Confirmando el JWST la Solución Holográfica de Haramein que Predice que el Universo es un Agujero Negro?]. Un área de investigación muy significativa es el posible papel de los agujeros negros en el núcleo de las estrellas; una predicción mía desde hace tiempo que describe cómo las estrellas son sistemas de agujeros negros, lo que puede parecer una idea descabellada, pero de nuevo recordemos que las caracterizaciones predominantes de los agujeros negros son incompletas (o directamente erróneas en algunos casos), y rara vez se considera la caracterización más precisa de los agujeros negros: como ser los objetos más brillantes del universo, como los primeros objetos en formarse en el universo, como posiblemente instrumentales en la formación de la vida, y como motores galácticos que impulsan la formación y el desarrollo organizados de las galaxias. Así pues, con estos numerosos avances recientes que permiten una caracterización más precisa de los agujeros negros, la idea de que puedan formar el núcleo de las estrellas, como nuestro Sol, se convierte en una posibilidad sorprendentemente razonable con considerables probabilidades de ser detectada y verificada.
De hecho, múltiples líneas de evidencia convergen ahora para corroborar mi modelo de larga data de los agujeros negros como el núcleo organizativo de la materia ordenada a través de escalas -un modelo que expone que los agujeros negros intrínsecos desde la escala cuántica hasta la cosmológica se encuentran en el corazón de la materia organizada, ya sea a escala galáctica y estelar, o a escala de partículas subatómicas. De hecho, el modelo predice que los agujeros negros se encuentran en el núcleo de sistemas de materia organizada, como átomos y galaxias, con tal regularidad y periodicidad que la condición de Schwarzschild -típicamente dada como el radio en el que una densidad de masa-energía particular generará un horizonte de sucesos- cuando se analiza a través de la escala forma una verdadera ley de escalamiento universal. Hay muchos ejemplos de este tipo de escalas que examinan la periodicidad en las escalas universales, uno de ellos puede verse en el trabajo de Reese y Carr publicado en Nature en 1979 [4](Figura 1A) y otro detallado en mis publicaciones Scale unification: a universal scaling law for organized matter [5] y the Schwarzschild Proton [6] (Figura 1B). Llevada a su conclusión lógica, la ley de escala universal predice que los agujeros negros deberían estar en el núcleo de muchos sistemas primarios: desde partículas (¿Son los átomos agujeros negros?), hasta estrellas, galaxias e incluso el universo, que ahora se entiende que efectivamente obedece a la condición de agujero negro. Una predicción que en parte está directamente implícita en la ley de escala universal es que las estrellas también se forman a partir de agujeros negros intrínsecos y que deberíamos esperar encontrar tales sistemas primarios en los núcleos de la mayoría de las estrellas, incluido nuestro Sol. Parece que cada vez hay más pruebas de que esto es exactamente lo que se ha observado.
En lugar de la caracterización de «monstruos devoradores voraces», los agujeros negros, en algunos casos, se describen y denominan ahora como semillas. En efecto, los agujeros negros son semillas de creación, y como comentamos en nuestro artículo Motores galácticos, durante las últimas tres décadas he estado describiendo los agujeros negros intrínsecos, lo que popularmente se denominan agujeros negros primordiales (HNP), como los núcleos organizativos de los sistemas físicos. Estos sistemas de materia organizada se forman alrededor de un agujero negro central (los agujeros negros primordiales actúan como centro nucleador). Este es un concepto que venimos explorando desde hace muchos años, como en nuestro artículo La astrofísica se pone patas arriba: los agujeros negros son lo primero, en el que hablábamos de mi modelo de evolución estelar contrario al modelo convencional de formación de agujeros negros, es decir, que los agujeros negros no se forman a partir de estrellas colapsadas, sino que las estrellas se forman alrededor de agujeros negros primordiales (Figura 2).
Esta teoría, aunque parezca descabellada -ya que los agujeros negros se caracterizan erróneamente como «monstruos devoradores» en las concepciones (erróneas) populares-, ha sido objeto de importantes verificaciones en los últimos años a partir de observaciones y estudios directos. En la actualidad, es casi seguro que, en lo que respecta a la formación temprana de la materia organizada, el nacimiento de las estrellas y las galaxias nacientes, los agujeros negros fueron los primeros (los agujeros negros no sólo existían en los albores de los tiempos, sino que dieron a luz nuevas estrellas y sobrealimentaron la formación de galaxias). Las observaciones empíricas del telescopio espacial James Webb (JWST) están revelando que los agujeros negros no sólo sirvieron como centro de nucleación de las galaxias nacientes, sino que fueron directamente responsables de impulsar la formación estelar y el crecimiento de las primeras galaxias[7]. Estamos asistiendo, por tanto, dentro de la teoría astrofísica a una inversión del orden convencional de las cosas: en lugar de que las estrellas formen agujeros negros, los agujeros negros forman estrellas.
Ya en 1975 los astrofísicos Clayton, Newman y Talbot habían señalado la importancia de los «agujeros negros primigenios» en relación con la formación y evolución estelar [8], afirmando:
Hawking (1971) ha propuesto la existencia de agujeros negros microscópicos remanentes del big bang, y uno podría imaginar una protoestrella formándose alrededor de uno de ellos. De hecho, el mecanismo de formación estelar es tan poco conocido (Talbot y Arnett 1973) que incluso se podría postular que se requiere la presencia de un agujero negro primordial como núcleo para la formación estelar.
D. D. Clayton, M. J. Newman, y R. J. Talbot Jr., «Solar models of low neutrino-counting rate – The central black hole,» ApJ, vol. 201, p. 489, Oct. 1975, doi: 10.1086/153910.
Clayton et al, habían señalado que los modelos estándar de formación estelar (hasta hoy) tienen dificultades para describir la formación de una estrella porque las nebulosas en contracción pueden estancarse durante miles de millones de años a medida que la presión radiativa termodinámica se equilibra con la fuerza de contracción gravitatoria, de tal forma que se requiere una fuerza externa, a menudo una supernova, para completar la contracción; una situación en la que se requiere una estrella para formar una estrella (una estrella en explosión envía una onda de choque que impulsa la condensación del gas interestelar más allá del punto de equilibrio y hacia una protoestrella). Como puede verse en la imagen superior, un agujero negro primordial puede ser la estructura nucleante del núcleo que supera la condición de equilibrio e inicia y ordena la formación de protoestrellas.
La idea de que los agujeros negros intrínsecos, o primordiales, sean las semillas de la formación de estructuras en sistemas organizados de materia se está explorando más allá de los procesos que se han observado y cuantificado directamente en los núcleos galácticos activos (AGN), sembrando la formación de nuevas estrellas en galaxias nacientes, es decir, agujeros negros supermasivos primordiales que impulsan y regulan la formación de nuevas estrellas, pero también estudios recientes están explorando si -al igual que hemos descubierto que ocurre con las galaxias- las estrellas también se forman alrededor de agujeros negros primordiales [9, 10]. ¿Cuál sería la dinámica de un sistema así y sería estable una estrella con un agujero negro en su núcleo, la llamada estrella de Hawking? ¿Hay alguna razón para creer tal suposición y podríamos sondear la estrella más cercana, el Sol, para identificar empíricamente si alberga un agujero negro primordial en su núcleo? Lo que se está descubriendo es que la respuesta a todas estas preguntas es afirmativa. Datos observacionales recientes están revelando que el Sol, una «regla estándar» con la que se comparan y caracterizan todas las demás estrellas, dista mucho de ser comprendido en su totalidad, y está emitiendo radiación electromagnética a niveles de energía y frecuencia en los que simplemente no debería estar activo, lo que plantea la pregunta (de nuevo) ¿qué está ocurriendo en el interior del Sol que el Modelo Solar Estándar ha pasado totalmente por alto?
La Física del Sol no se Entiende Bien
«Pensábamos que teníamos esta estrella resuelta, pero no es así… el Sol no puede ser tan brillante a estas energías».
El astrofísico Mehr Un Nisa para el artículo El Sol emite la radiación de mayor energía jamás registrada, lo que plantea interrogantes sobre la física solar.
Un equipo internacional de físicos de astropartículas ha comunicado nuevos datos sobre un flujo inexplicable de rayos gamma de muy alta energía procedentes del Sol a niveles de energía de teraelectronvoltios (TeV)[11]. Esta asombrosa observación profundiza el misterio del enigmático flujo de rayos gamma que se conoce desde hace tiempo. Aunque hasta ahora nunca se habían observado fotones gamma a niveles de energía de un billón de electronvoltios, esto es revelador de que el Sol -la estrella más estudiada- está lejos de ser comprendido y los modelos astrofísicos de la estructura del núcleo y la dinámica del plasma magnetizado solar pueden estar necesitando algunas actualizaciones significativas. La observación es el resultado de un análisis de 6 años de datos de rayos gamma de alta energía procedentes del Sol, detectados por el observatorio High Altitude Water Cherenkov (HAWC)[12]. Ya en 2019, una década de observaciones del Sol con telescopios había descubierto emisiones de rayos gamma entre 7 y 20 veces mayores y a frecuencias más altas (energías más altas) de lo que predecían los modelos teóricos convencionales, un descubrimiento desconcertante que había dejado perplejos a los astrofísicos(El Sol es más extraño de lo que imaginaban los astrofísicos). Lejos de resolverse, la anomalía no ha hecho sino acentuarse, ya que los últimos datos han revelado un flujo aún mayor a energías de teraelectronvoltios, niveles de energía de fotones que la teoría convencional estipula que no deberían ser posibles para el Sol. Sin embargo, el flujo anómalo de rayos gamma ha sido detectado en diversas condiciones por múltiples observatorios y sensores, así que ¿qué está pasando? Es muy probable que esta observación revele algo fundamental sobre la estructura del núcleo y la magnetosfera del Sol.
El flujo de energía ultraelevada observado en el Sol no se explica bien con los modelos solares actuales y desafía los postulados anteriores sobre una afluencia de rayos cósmicos como fuente de las emisiones de rayos gamma, ya que el flujo es de 10 a 20 veces mayor que el calculado por ese mecanismo, además de que las últimas detecciones son a niveles de energía de 1 a 10 billones de electronvoltios (véase el vídeo a continuación , el Sol está emitiendo rayos gamma 30 veces más altos que nunca).
Un teraelectronvoltio tiene tanta fuerza como la energía cinética de un mosquito volando, pero eso es un TeV por fotón -unpaquete de ondas unas quintillones (1018) veces más pequeño que un mosquito- y en un estallido de rayos gamma se emiten un «gazillón» de fotones, que acumulativamente suman una tremenda cantidad de energía. Para comparar: la luz en el rango visible es inferior a 10 electronvoltios (eV), los fotones ultravioleta justo por encima de 10 eV ya llevan suficiente energía para ionizar la materia (lo que puede dar lugar a una «quemadura» solar), y una máquina de rayos X estándar en un hospital tiene fotones con una energía de unos 2.000 eV. En comparación, los rayos gamma de teraelectronvoltios observados procedentes del Sol son mil millones de veces más potentes que los rayos X de un hospital.
Los procesos que generan rayos gamma son acontecimientos de energía extremadamente alta, como la fisión nuclear, la aniquilación materia-antimateria, la transmutación por fusión nuclear o los campos magnéticos extremadamente altos, en los que partículas cargadas relativistas aceleradas en trayectorias toroidales curvas de campos magnéticos generan radiación sincrotrón o magnetobremsstrahlung: enlos discos de acreción alrededor de los agujeros negros, la radiación sincrotrón puede alcanzar energías ultraaltas. La fusión nuclear tiene lugar en el núcleo de las estrellas, por lo que los rayos gamma producidos por este proceso son absorbidos por las capas de plasma circundantes y degradados a fotones de menor energía mediante absorción, reemisión, dispersión y conversión en energía térmica, Esto significa que el quantum de energía extremadamente alta que comenzó como un fotón gamma puede tardar decenas de miles de años en difundirse a través de las capas de plasma y ser irradiado como un quantum de luz de energía comparativamente más baja (el Sol irradia principalmente en el rango de color óptico del espectro EM, a un máximo de unos 10 eV por fotón).
Esto deja a la radiación magnetobremsstrahlung como la fuente más probable de rayos gamma cósmicos, y de hecho se han detectado rayos gamma de ultra alta energía de 100 tera-electronvoltios a 1,4 peta-electronvoltios (1015 eV) emanando del Centro Galáctico[13], muy probablemente del agujero negro supermasivo Sagitario A*[14], una confirmación de la existencia de un acelerador natural de partículas PeVatron. Por lo tanto, las únicas fuentes con campos magnéticos lo suficientemente fuertes como para alimentar rayos gamma son los agujeros negros, los púlsares y los magnetares (véase nuestro artículo sobre la creación de partículas a partir del vacío cuántico y el vídeo de Unified Science Review que lo acompaña, donde se analiza el efecto Schwinger alrededor de los agujeros negros y las estrellas de neutrones). Entonces, ¿cómo es posible que se emitan rayos gamma de alta energía -del orden del billón de electrones voltios- desde el Sol, que no se reconoce ni como agujero negro ni como estrella de neutrones? Por extraño que pueda parecer, es posible que exista una fuente desconocida en el interior del Sol que alimente su anómalo perfil de alta energía. Se han postulado un par de explicaciones para lo que podría ser esta fuente desconocida de energía ultraelevada; la más destacada quizá sea que hay un agujero negro en el núcleo -una idea que tiene una larga historia, desde Hawking[15] hasta mis propios modelos de evolución estelar desarrollados a principios de los años 90- e incluso se ha propuesto anteriormente para explicar otras anomalías en el espectro de radiación del Sol, como la ausencia de neutrinos solares (a 1/3 de la tasa de flujo esperada) [véase, por ejemplo, la referencia citada anteriormente número 8]. Una cosa está saliendo a la luz: los últimos datos que revelan niveles de energía electromagnética que no deberían ser posibles, junto con otras propiedades poco conocidas como la aberrante metalicidad del Sol, inferior a la prevista, o el inexplicable calentamiento de la corona solar -con las correspondientes emisiones de rayos X de alta energía- estánempezando a indicar que el modelo solar estándar debe ser revisado o sustituido.
El ascenso del Sol TeV
Informamos de la primera detección de un flujo de rayos gamma TeV procedente del disco solar.
HAWC Solar Gamma Ray Flux Analysis Team, The TeV Sun Rises, [11].
En primer lugar, examinemos el modelo solar estándar y cómo los datos observacionales recientes, como los rayos gamma de teraelectrones voltios, están empezando a poner en duda este modelo, ya que el Sol no debería ser tan «brillante» a estas energías según el modelo solar estándar. El Sol está atravesando un periodo de su ciclo solar de aproximadamente 11 años de actividad creciente y decreciente llamado máximo solar, en el que se encuentra en un pico de actividad. El ciclo solar describe un periodo de actividad solar impulsado por el campo magnético del Sol y está fuertemente correlacionado con la frecuencia e intensidad de las manchas solares visibles en la superficie; las manchas solares son un indicador directo de la fuerza de la actividad, que incluye erupciones solares y eyecciones de masa de plasma. Curiosamente, los rayos gamma anómalos están anticorrelacionados con la actividad de las manchas solares,(Figura 5), y por tanto anticorrelacionados con el ciclo solar[16]: los rayos gamma de mayor energía se observan durante el mínimo solar y emanan de la región ecuatorial y contienen desde los 200+ gigaelectronvoltios (1011 eV) hasta los rayos gamma TeV (1012 eV) que se han observado recientemente, mientras que en el máximo solar hay emisiones de rayos gamma de energía relativamente más baja que parecen originarse principalmente en los polos del Sol. Por si estas características observadas del Sol no fueran suficientemente enigmáticas, existe también una inexplicable caída en la frecuencia espectral en los niveles de energía de 30-50 GeV, como si los rayos gamma en este rango de frecuencias estuvieran siendo tamizados por algún proceso desconocido, todo lo cual no estaba previsto por la teoría.
La figura 5 procede de un nuevo estudio publicado en el Astrophysical Journal por Bruno Arsioli y Elena Orlando titulado Yet Another Sunshine Mystery: Unexpected Asymmetry in GeV Emission from the Solar Disk [17], en el que comprimieron una película de 14 años del sol observada en rayos gamma que revela -contrariamente a lo esperado- una distribución no uniforme de las emisiones de alta energía. Como puede verse en el vídeo siguiente, durante el máximo del ciclo de actividad solar los rayos gamma se irradian con mayor frecuencia en las latitudes más altas. Se concentraron especialmente en los polos solares en junio de 2014, al producirse la inversión del campo magnético solar, cuando el dipolo del campo magnético del sol intercambia sus dos signos. Existe, por tanto, una fuerte correlación de la asimetría en la emisión de rayos gamma solares en coincidencia con la inversión del campo magnético solar.
Este flujo de rayos gamma anisotrópico o no uniforme es confuso para la explicación hadrónica convencional (es decir, los rayos cósmicos) como fuente de la radiación EM de alta energía. Más bien, dado que la radiación gamma no es isotrópica y está directamente anticorrelacionada con las manchas solares, implica fuertemente estas estructuras no uniformes conocidas en la superficie del Sol que implican las estructuras magnéticas altamente localizadas -como las manchas solares y los vórtices polares- como lo que puede ser la fuente del mecanismo que resulta en grandes emisiones de rayos gamma. Esto, a su vez, implica que la fuente energética dentro del Sol de estas estructuras magnéticas de alta energía podría ser una dinámica que concentra la energía en el ecuador y los polos, similar a un agujero negro en acreción.
Cabe destacar que se ha observado una actividad similar en la ionosfera de la Tierra, denominada destellos de rayos gamma terrestres(TGF), que están asociados a tormentas eléctricas y producen emisiones de alta energía de 20 MeV, además de generar pares de partículas de materia-antimateria que se ven como haces de electrones-positrones (Figura 6). No se creía que la actividad electromagnética y plasmática de la atmósfera terrestre fuera lo suficientemente intensa como para dar lugar a procesos como la producción de pares de partículas de materia-antimateria y rayos gamma de alta energía, y al igual que la emisión anómala de rayos gamma del Sol, el mecanismo y los procesos implicados en los destellos de rayos gamma terrestres no se conocen bien. Lo que puede faltar en la teoría actual son consideraciones sobre el acoplamiento del vacío cuántico que se produce en las grandes tormentas eléctricas, así como la dinámica de vórtice que puede dar lugar a tornados y huracanes, a partir de la cual el espín en los sistemas ionizados y de plasma se acopla con las fluctuaciones del vacío cuántico [18, 19] y puede estimular las emisiones de materia-antimateria que conducen a los destellos de rayos gamma.
La Vieja Teoría no se Sostiene Ante los Nuevos Datos
¿Cuál es la explicación estándar de la radiación gamma procedente del Sol? La explicación actual consta de dos componentes: (1) cascadas de rayos cósmicos en la atmósfera solar, y (2) dispersión Compton inversa de electrones de rayos cósmicos en fotones solares en la heliosfera, por la que la energía cinética de los electrones de rayos cósmicos se imparte a los fotones solares transformándolos en rayos gamma de alta energía[20]. También se postula que este mecanismo de doble componente podría explicar la distribución anisotrópica de la emisión de rayos gamma.
El Sol como fuente de rayos gamma se predijo por primera vez en 1991, cuando un equipo de físicos de la Universidad de Delaware modelizó cómo la continua afluencia de rayos cósmicos galácticos sobre la superficie del Sol daría lugar a un tenue resplandor de rayos gamma[21]. La propuesta era interesante, ya que requería que los fuertes campos magnéticos del Sol invirtieran o «reflejaran» los rayos cósmicos entrantes. A medida que las partículas de los rayos cósmicos, como protones y electrones relativistas, se invirtieran ocasionalmente de entrantes a salientes, colisionarían con el plasma de la atmósfera solar, generando una cascada de conversión de cuantos de alta energía que, en última instancia, daría lugar a la radiación gamma(Figura 7).
Los físicos calcularon que el proceso de reflejo tenía una eficiencia aproximada del uno por ciento, por lo que el Sol sería una fuente débil de rayos gamma. Su predicción era correcta, ya que desde hace algún tiempo se sabe que el Sol es una fuente de rayos gamma que emite continuamente fotones gamma de entre 0,1 y 200 GeV[22], y ahora se ha visto que emite hasta el rango de los teraelectronvoltios. Sin embargo, esto no era lo que el equipo había predicho. Las emisiones de rayos gamma de 0,1 a 10 GeV pueden explicarse en esta explicación estándar por electrones de rayos cósmicos sometidos a dispersión Compton inversa a partir de fotones solares, pero la emisión muy brillante de radiación de varios gigaelectronvoltios y teraelectronvoltios no se entiende o no está bien descrita por el modelo putativo de rayos cósmicos (Figura 7, imagen inferior).
Sin embargo, esto sólo es así si la hipótesis se toma como plausible, lo que puede no ser el caso. El proceso de «reflejo» parece tener un defecto fundamental que no se ha reconocido: la elevadísima energía másica de los rayos cósmicos procede casi por completo de su energía cinética (su impulso). Si los ralentizamos y les damos la vuelta para que pasen de ser entrantes a salientes, como se postula que ocurre en los campos magnéticos del Sol, su principal fuente de energía másica se difumina y se convierten en algo parecido a los demás protones y electrones de la atmósfera de plasma exterior del Sol. Es muy improbable que ésta sea la explicación del intenso espectro de rayos gamma del Sol, y de hecho ésta es la razón por la que tal proceso no puede explicar las características reales observadas del espectro de emisión de rayos gamma y la distribución anisotrópica, incluso si tenemos en cuenta la fracción de la radiación gamma de baja energía que puede producirse a partir de la mezcla de rayos cósmicos en los polos, donde los rayos cósmicos no tienen que invertirse.
Si la situación no fuera lo suficientemente mala como para que el modelo convencional de «reflejo» de rayos cósmicos explicara los rayos gamma anómalos, las recientes detecciones TeV han puesto en duda esta explicación. Los flujos de rayos cósmicos de electrones isótropos y los rayos gamma direccionales que producen por dispersión Compton inversa de fotones solares son insignificantes en el rango TeV y, como mucho, pueden explicar un débil «resplandor de rayos gamma». El componente hadrónico no predice el flujo de rayos gamma observado en el rango GeV y se contradice con la emisión de rayos gamma no uniforme y anticorrelacionada, dejando el flujo de rayos gamma TeV totalmente sin explicar por el mecanismo putativo. Debe haber una fuente adicional inexplicable de rayos gamma de alta energía.
Con el aumento de las observaciones de fenómenos electromagnéticos de alta energía desconcertantes, una cosa se está haciendo evidente: los campos magnéticos del Sol son más potentes y dinámicos de lo que predice el modelo solar estándar y más allá de lo que la mayoría de los astrofísicos anticiparon que sería posible y hay pruebas razonables para creer que hay una estructura central dentro del Sol que impulsa una dinámica de mayor energía de lo que se explica por el modelo solar estándar. Esto lleva a preguntarse por qué el modelo convencional no ha sido capaz de predecir los campos magnéticos de alta energía y la radiación electromagnética que se observan, y qué física puede explicar este comportamiento anómalo.
¿Es Necesario un Nuevo Modelo Astrofísico?
Según el modelo solar estándar, el Sol no puede emitir la radiación gamma que generan sus procesos internos, como la fusión termonuclear. Por lo tanto, los rayos gamma que se observan deben proceder de fuentes externas. Así que, dejando de lado por un momento los mecanismos que pueden implicar la transferencia localizada desde un componente central de alta energía -como un agujero negro- a la superficie, por ejemplo a través de tubos de flujo magnético, de modo que un proceso interno podría explicar las emisiones de fotones de alta energía que se observan, el pensamiento convencional razona que la fuente externa más probable que podría proporcionar el tipo de energía ultra-alta necesaria para generar emisiones de fotones gamma son los rayos cósmicos. Sin embargo, este razonamiento parece haber sido erróneo. A medida que se han ido recopilando datos más detallados y se ha ido perfeccionando el análisis, ahora resulta evidente que el modelo de los rayos cósmicos no puede explicar las características observadas de la radiación anómala del Sol en la gama de frecuencias gamma del espectro electromagnético.
Esto ha llevado a buscar explicaciones alternativas que se ajusten mejor a las observaciones y a los datos que se han recopilado. Una de las propuestas de la astrofísica de partículas de la Universidad Estatal de Michigan Mehr Un Nisa, junto con sus colaboradores en el último estudio sobre el Sol TeV, es que el espectro anómalo de energía electromagnética podría explicarse por las elusivas partículas (putativas) de materia oscura concentradas en el interior del Sol. Según esta hipótesis, en concentraciones elevadas de partículas de materia oscura -muy superiores a la distribución relativamente difusa en el espacio libre- se produciría una mayor frecuencia de interacciones que, de otro modo, serían extremadamente raras, como las aniquilaciones entre partículas, lo que daría lugar a la generación de rayos gamma en el interior del Sol a partir de una fuente distinta de la convencional de fusión termonuclear. Sin embargo, tal esquema de aniquilación de materia oscura en el Sol se enfrenta al mismo problema que la fusión nuclear (y los eventos de fisión de radionucleidos naturales) en términos de las propiedades de radiación de las capas de plasma del Sol: cualquier rayo gamma producido a partir de aniquilaciones de partículas de materia oscura será absorbido y degradado mediante conversión térmica a medida que la energía se difunde a través de la gruesa envoltura de plasma del Sol. Sin un modelo de cómo los rayos gamma procedentes de partículas desconocidas de materia oscura atraviesan la envoltura de plasma del Sol, no está claro cómo esto resuelve el enigma de la emisión anómala de rayos gamma de alta energía.
Teniendo en cuenta el problema de la difusión y que la materia oscura en forma de partículas invisibles se está convirtiendo en una posibilidad cada vez menos probable, la hipótesis de la materia oscura parece insostenible o, en el mejor de los casos, incompleta. Esto nos devuelve a la proposición original, una teoría que puede resultar sorprendente para muchos, pero que se originó con una predicción de Hawking (citada anteriormente, referencia número 14), está bien fundamentada en la literatura (aunque desconocida para la mayoría), y a la que yo llegué independientemente a la misma inferencia basándome en mi investigación sobre los agujeros negros y los fundamentos del espaciotiempo y el vacío cuántico: es posible que las emisiones anómalas de rayos gamma se deban a un agujero negro primordial en el núcleo del Sol. A pesar de la imagen (errónea) que se suele presentar al público de los agujeros negros como voraces monstruos devoradores, es posible tener una evolución estelar estable con un agujero negro en el núcleo, lo que se ha etiquetado como estrella de Hawking. ¿Podrían explicarse algunos de los comportamientos anómalos del Sol por una fuente de energía ultra alta en su núcleo? ¿Podría ser el Sol una estrella de Hawking o un agujero negro?
Sol Agujero Negro
Las estrellas que albergan un agujero negro en su centro pueden vivir sorprendentemente mucho tiempo. Nuestro Sol podría incluso tener en su centro un agujero negro tan masivo como el planeta Mercurio sin que nos diéramos cuenta.
Earl Patrick Bellinger, postdoc de la MPA y ahora profesor adjunto de la Universidad de Yale. ¿Qué ocurre si se introduce un agujero negro en el Sol? Instituto Max Planck de Astrofísica.
La idea de que el corazón del Sol sea un agujero negro puede parecer extravagante a muchos que no están bien versados en cosmología y astrofísica, quizás porque cualquier cosa que implique agujeros negros simplemente parece descabellada, pero lo que está saliendo a la luz a partir del trabajo de Haramein y el equipo de investigación de la International Space Federation (ISF) es que los agujeros negros son el núcleo organizativo de la info-energía-materia a través de la escala: poniendo orden en el caos, y no viceversa. Así que, a pesar de la concepción popular, los agujeros negros no son tan descabellados como muchos pueden suponer.
De hecho, la idea de que el Sol alberga un agujero negro fue planteada por primera vez por el preeminente físico Stephen Hawking, quien durante una evaluación de la formación de agujeros negros primordiales (PBH) calculó que deberíamos anticipar el hallazgo de un PBH en el Sol con una masa de alrededor de 1016 kg (aproximadamente la masa de un gran cometa o asteroide) cuya acreción suministra parte de la luminosidad solar. Ya en 1971, con su investigación exploratoria Gravitationally Collapsed Objects of Very Low Mass, Hawking analizó cómo los agujeros negros primordiales de muy baja masa, formados por acreción directa a partir del plasma de alta densidad energética de Planck de la época más temprana del universo, se comportarían de forma muy parecida a las partículas e incluso formarían átomos estables con electrones en órbita. Y, lo que es más importante, describió cómo podría haberse acumulado una cantidad significativa de este tipo de material en el interior del Sol. Aunque pueda parecer una idea extraña (porque cualquier cosa que implique agujeros negros es aparentemente extraordinaria, aunque posiblemente sean mucho más ubicuos de lo que comúnmente se entiende), incluso según los modelos más simplistas nuestro Sol podría albergar un agujero negro de masa relativamente pequeña -alrededor de la masa del planeta Mercurio- sin que nos diéramos cuenta (Figura 8).
Dado que en la mayoría de las predicciones abundan los agujeros negros primordiales de baja masa (véase el episodio de PBS Spacetime, ¿Están los agujeros negros en todas partes?), la sugerencia de que tales objetos podrían estar en el núcleo de las estrellas está bien fundamentada en la literatura física y, tras el examen inicial más exploratorio de Hawking, hubo propuestas reales para explicar las propiedades de emisión entonces anómalas del Sol. Por ejemplo, en el estudio de Clayton de 1975, se detallaba cómo dos tercios de la luminosidad del Sol podían provenir de la acreción a un agujero negro en el núcleo central, en lugar de por fusión, explicando así el déficit observado de neutrinos [citado anteriormente, referencia 8]. Esta idea se abandonó cuando los análisis heliosísmicos parecieron descartar cualquier desviación del modelo solar estándar en cuanto a la estructura del núcleo interior del Sol y se popularizó una nueva propuesta de «cambio de sabor» de los neutrinos. Sin embargo, como veremos en la sección sobre el Problema de la Abundancia Solar, las técnicas de análisis heliosismológico eran tremendamente imprecisas y el cambio de sabor de los neutrinos introducía violaciones en la simetría CP, la fuerza débil, y se ha basado en una serie de parámetros ajustables que permiten ajustar el modelo para que coincida con cualquier observación. Mientras que el problema de los neutrinos solares -que revisaremos con más detalle en la siguiente sección- se considera resuelto, otras anomalías crecientes apuntan de nuevo a la posibilidad de un agujero negro en el núcleo del Sol.
Como ya se ha comentado, los autores del estudio que describe el descubrimiento de emisiones de rayos gamma TeV procedentes del Sol han postulado que -de forma similar a la predicción de Hawking- las partículas de materia oscura (de las que los agujeros negros primordiales son un candidato) podrían acumularse y aglomerarse dentro del Sol (un proceso que en sí mismo podría hipotéticamente producir un agujero negro en el núcleo). En su concepción, la acreción permitiría que la rara interacción de la materia oscura se produjera con una frecuencia superior a la normal, y la subsiguiente aniquilación de las partículas de materia oscura sería la fuente de la radiación gamma de alta energía, si las partículas de «materia oscura» fueran, en cambio, un agujero negro primordial -se ha demostrado que los agujeros negros primordiales tienen una probabilidad no despreciable de ser capturados por estrellas como el Sol[23]-, su hidrodinámica gravitomagnética dentro del Sol podría explicar la emisión de rayos gamma a través de la generación de campos magnéticos mucho más intensos de lo que se creía posible, que podrían transportar energía desde el núcleo hasta la superficie en forma de tubos de flujo magnético sin disipar la energía en las zonas convectivas (no del todo diferentes de los tubos de flujo magnético que conectan el Sol y la Tierra). Además, la acumulación de plasma de alta energía y la dinámica de emisión en los polos y las regiones ecuatoriales, de donde parecen emanar las explosiones de rayos gamma, constituyen una distribución de emisión de energía muy característica de objetos masivamente compactos como los agujeros negros, que puede explicar la distribución anisótropa anómala observada del flujo de rayos gamma procedente de la superficie del Sol.
Según los investigadores del Instituto Max Planck de Astrofísica y Yale, Bellinger et al., autores de Solar Evolution Models with a Central Black Hole (Modelos de evolución solar con un agujero negro central), las llamadas estrellas de Hawking pueden ser tan estables que puede resultar difícil distinguirlas de la variedad más convencional «sin agujero negro». Por ejemplo, una estrella con un núcleo de agujero negro rodeado de plasma rotacional en acreción tendría presión radiativa, así como una condición de equilibrio centrífugo y magnético, que empujan hacia atrás contra la materia en caída (el momento angular formando una estructura estable similar a un toroide, es decir, un toroide de acreción[24]), haciendo que la estrella sea longeva y, al mismo tiempo, proporcionando una luminosidad de alta energía y generando las intensidades de campo magnético que pueden penetrar hasta la superficie en forma de estructuras magnéticas (manchas solares y vórtices polares), dando lugar a las aceleraciones de partículas cargadas en las capas externas del Sol necesarias para la radiación gamma sincrotrón de voltios de teraelectrones. Asimismo, el flujo magnético de alta energía procedente del agujero negro del núcleo que se propaga a través de las capas exteriores irradiando desde la superficie y transfiriendo energía térmica a la corona solar puede explicar la alta temperatura anómala y la emisión de rayos X de la corona solar del Sol (la corona solar es más caliente que la superficie del Sol, un millón de Kelvin frente a unos 6000 Kelvin, respectivamente).
El Problema de los Neutrinos Solares
La actual radiación de rayos gamma de gigaelectronvoltios y teraelectronvoltios no es la primera vez que se descubre un perfil de radiación anómalo en el Sol. Durante unos cuarenta años, desde su descubrimiento en 1960 hasta 2002, el problema de los neutrinos solares planteó a los astrofísicos una desconcertante discrepancia entre el flujo medido de neutrinos de electrones procedentes del Sol y lo que predecía el modelo solar estándar. Aunque se considera un problema que se ha resuelto mediante una explicación diferente, aunque aplicando algunas modificaciones interesantes a la mecánica cuántica que estaban en contradicción con lo que la teoría estipulaba inicialmente, es interesante volver a examinar la discrepancia a la luz de otras anomalías crecientes y ver cómo un modelo estelar con un agujero negro en el centro puede proporcionar un mejor ajuste a los datos observacionales.
Cuando se descubrió por primera vez, el flujo de neutrinos electrónicos solares resultó ser aproximadamente un tercio de lo que la teoría predecía que debería ser, basándose en la tasa de neutrinos electrónicos generados cuando el hidrógeno se transmuta en helio a través de la fusión termonuclear. Esto significaba que algo fallaba en el modelo. O bien los neutrinos solares se estaban generando en las abundancias correspondientes a las tasas calculadas, que son los flujos empíricamente conocidos para la fusión termonuclear, y posteriormente estaban «desapareciendo» de alguna manera, o bien había niveles de fusión termonuclear inferiores a los que se pensaba que estaban ocurriendo en el Sol, de modo que su luminosidad no estaba siendo generada en su totalidad por la transmutación de hidrógeno, una condición que Haramein había señalado que podría explicarse bien por un agujero negro nuclear en acreción.
Con esta última posibilidad, un agujero negro en acreción genera radiación de alta energía -mayor que la producida por la fusión termonuclear-, de modo que la luminosidad aparente del Sol se explica incluso con niveles generales más bajos de transmutación de hidrógeno, por lo que se explica el déficit de neutrinos electrónicos solares. Sin embargo, los primeros datos (rudimentarios) de la heliosismología parecían descartar cualquier propuesta de estructura interna alternativa del núcleo del Sol. La heliosismología es el análisis de la propagación de ondas acústicas en el interior del Sol -que, como veremos más adelante, se ha malinterpretado y ha dado lugar a un problema de composición solar-, cuyos datos permiten hacer inferencias sobre las posibles temperaturas interiores del Sol, por lo que parecía que la primera opción, que las tasas de fusión termonuclear no eran en realidad diferentes de lo que postulaba la teoría y que, en cambio, algo estaba ocurriendo con los neutrinos electrónicos después de ser generados para explicar el flujo inferior al esperado. Por tanto, se razonó que los neutrinos debían de estar ahí… sólo que de algún modo no se tenían en cuenta con los métodos de detección disponibles en aquel momento.
El problema de los neutrinos solares se consideró resuelto mediante una enmienda al Modelo Estándar, añadiendo masa a los neutrinos, lo que permitió la «mezcla» de sabores entre las tres variedades de neutrinos: electrón, muón y tau, a pesar de que tanto la física cuántica como la relatividad general estipulaban que los neutrinos debían carecer de masa. El modelo estándar de interacciones electrodébiles no permitía neutrinos masivos ni su «mezcla», ya que los neutrinos sin masa viajarían a la velocidad de la luz y, por tanto, según la relatividad, no experimentarían el tiempo, y una entidad atemporal no puede cambiar o «cambiar de sabor». Sin embargo, se ha popularizado la afirmación de que los neutrinos tienen una masa pequeña, lo que permite postular un fenómeno llamado oscilación de neutrinos, según el cual los neutrinos electrónicos «cambian de sabor» en su camino hacia la Tierra y, por tanto, el «sabor» del neutrino electrónico no se detecta porque todos los neutrinos electrónicos han oscilado hasta mezclarse con los sabores muón y tau. Esta explicación se considera probada, e incluso se han concedido premios Nobel por el trabajo realizado para llegar a la solución del «neutrino oscilante».
Sin embargo, sigue siendo un interesante experimento mental considerar cómo sería el problema de los neutrinos solares si el Sol estuviera centrado alrededor del núcleo de un agujero negro, como he postulado y han razonado otros físicos tan destacados como Hawking. Observaciones previas detalladas del espectro de neutrinos solares revelaron que, mientras que el menor flujo de neutrinos en general requería una reducción de la tasa de fusión termonuclear, los detalles en el espectro de energía de los neutrinos requerían una mayor temperatura del núcleo [25], lo que en conjunto requeriría una fuente de energía distinta de la transmutación del hidrógeno. El agujero negro del Sol: el agujero negro nuclear en acreción representaría una parte significativa de la luminosidad (y energía) del Sol que anteriormente se creía producida por reacciones nucleares convencionales. Por tanto, la cantidad total de fusión termonuclear sería menor, lo que se correspondería exactamente con el menor flujo de neutrinos, y al mismo tiempo la temperatura del núcleo sería mayor , ya que el proceso de acreción de un agujero negro nuclear puede convertir en energía entre el 10 y el 40 por ciento de la masa de un objeto, en comparación con el 0,7 por ciento de los procesos de fusión nuclear. Se trata de niveles de energía suficientes para producir neutrinos muón y tau de mayor energía, lo que explica sus detecciones, y con un núcleo de agujero negro en acreción que genera energía ultraelevada y, al mismo tiempo, con niveles globales más bajos de fusión termonuclear, el flujo de energía iría acompañado de neutrinos electrón a un nivel de energía más alto pero menos numerosos, tal y como se observa, por lo tanto, se explicaría sin la introducción de un mecanismo ad hoc de «cambio de sabor», que tiene parámetros que se pueden ajustar para adaptarse a las observaciones y cuyo mecanismo subyacente ha sido señalado por los expertos que en realidad ni siquiera está asociado con la emisión de neutrinos solares(el experimento de neutrinos galardonado en 2015 no hizo lo que dice el premio, argumenta el teórico; «Solar Neutrinos: Almost No-oscillations» ), en el sentido de que, debido a la densidad de electrones del Sol, todos los neutrinos solares son neutrinos de electrones y no hay «oscilaciones de sabor», por lo que la explicación consensuada y aceptada de la desviación respecto a la predicción entre los expertos se debe a un mecanismo totalmente distinto del que se suele citar al público en general.
El Problema de la Abundancia Solar
«Si nos equivocamos con el Sol, nos equivocamos con todo», Sarbani Basu de la Universidad de Yale, observaciones recogidas en «Hiding in plain sight: The mystery of the Sun’s missing matter«, de NewScientist, 2017.
El espectro de emisión del Sol, desde los rayos gamma TeV hasta los neutrinos solares, no son sus únicas anomalías destacables, también existe el problema de la «materia faltante» o baja abundancia de elementos pesados, llamado el problema de la abundancia solar [26, 27], que revela que los astrónomos aún no saben exactamente de qué está hecho el Sol. Como ya informamos en 2017 en el artículo Missing Matter in the Sun’s Interior, el modelado actualizado de los datos heliosísmicos utilizando simulaciones radiativas-hidrodinámicas en 3D con análisis espectrofotométrico de la intensidad del centro del disco solar había revelado que el modelo anterior había calculado críticamente mal las abundancias de elementos pesados en el Sol[28].
El modelo solar estándar, basado en el análisis de las emisiones de luz y sonido del Sol, había construido una composición del Sol compuesta principalmente por hidrógeno y helio, con aproximadamente un 1,4% de su masa compuesta por elementos más pesados como carbono, oxígeno, nitrógeno, magnesio, hierro y, al igual que en la Tierra, elementos traza, incluidos radionucleidos como el uranio (se cree que el Sol es una estrella de población I, por lo que está enriquecido en metales procedentes de supernovas anteriores). Sin embargo, en un artículo de 2009 dirigido por el astrónomo Martin Asplund, el análisis actualizado de los datos reveló que había abundancias de carbono, nitrógeno, oxígeno y neón significativamente más bajas de lo que se pensaba, lo que llevó a un «marcado conflicto con los modelos estándar del interior solar según la heliosismología, una discrepancia que aún no ha encontrado una resolución satisfactoria»[29].
…Los cálculos actualizados de Asplund sugerían una composición química muy diferente para el Sol: básicamente, los elementos pesados ahora ausentes representan varios miles de millones de megatoneladas de materia ausente (el equivalente a unas 1500 Tierras).
La solución a este aparente enigma consiste en suponer que existe alguna forma de materia en el centro del Sol -alrededor de 1027 kilogramos- que no se comporta como los estados ordinarios de la materia.
William Brown, 2017, Missing Matter in the Sun’s Interior.
Para que quede claro, no es que el equivalente a 1500 Tierras de masa estuviera allí y luego desapareciera literalmente de repente, esto es sólo en sentido figurado, la revelación de la metalicidad más baja del Sol significó que esta cantidad de masa que se pensaba que eran elementos más pesados se descubrió de hecho que no lo eran, debe ser otra cosa que oxígeno, nitrógeno, carbono y otros elementos multinucleónicos (lo que los astrónomos llaman «metales»).
Aunque se pensaba que estos elementos pesados sólo constituían el 1,4% de la masa del Sol, esta cifra equivale a varios miles de millones de megatones, por lo que, con el modelo de mayor resolución, el equivalente a unos 1.500 terrestres de la masa que, según el Modelo Solar Estándar, correspondía a los elementos pesados necesitaba una explicación alternativa, y al igual que en los primeros días del problema de los neutrinos solares y la actual anomalía del flujo de rayos gamma, los astrofísicos están buscando dentro del Sol para ver si tal vez hay una fuente adicional de masa y energía en el núcleo que pueda explicar las crecientes anomalías. Al igual que en el caso de las otras anomalías solares, los investigadores han abordado el problema solar planteando que tal vez exista una cantidad significativa de materia oscura en el núcleo del Sol[30]. Sin embargo, de nuevo si suplantamos la suposición de una partícula de materia oscura, como las partículas masivas de interacción débil (WIMPs), por agujeros negros primordiales llegamos a un modelo que es consistente con la formación temprana de PBH, que fue señalada por Hawking como una posibilidad real, y que he elaborado en mi modelo de física unificada de formación y desarrollo estelar para explicar las propiedades del Sol de una manera más cohesiva y satisfactoria. Si el Sol fuera una llamada «estrella de Hawking» o un agujero negro, podría resolver el problema de la abundancia solar con el correspondiente ajuste en el perfil de velocidad del sonido interior (resolviendo otra cuestión de la convección solar anómalamente débil), la opacidad y las contribuciones relativas de porcentaje de masa de los elementos primarios. Un agujero negro intrínseco podría llenar el «agujero en el centro del Sol» (por así decirlo) que ha dejado el problema de la abundancia solar.
En un estudio de 2021, Asplund y su equipo de investigación descubrieron que el «problema del modelado solar» -una discrepancia persistente entre la heliosismología y los modelos del interior solar construidos con una metalicidad solar baja- persistía incluso después de una reevaluación de las abundancias solares de los 83 elementos de vida larga «utilizando un modelado solar altamente realista y técnicas de análisis espectroscópico de última generación, junto con los mejores datos y observaciones atómicas disponibles[31]». Así pues, desde 2009 esta discrepancia sigue sin resolverse.
Conocer la composición del Sol es importante por razones que van más allá de la mera satisfacción de comprender la estrella más cercana a nosotros, ya que el Sol es un criterio fundamental en astronomía a partir del cual se evalúan todas las demás estrellas y, de hecho, todos los demás objetos celestes, y a partir del cual se extrapolan los modelos. El trabajo de Asplund implica que las demás estrellas y, de hecho, todo el cosmos tienen una cantidad de elementos pesados mucho menor de lo que se pensaba. Vemos que los datos heliosismológicos y espectrofotométricos son limitados en lo que pueden revelar si el modelo bajo el que se evalúan los datos es defectuoso, lo que definitivamente fue el caso al evaluar la composición química del Sol bajo el modelo solar estándar.
Por tanto, no es descabellado cuestionar que, al igual que nuestra falta de comprensión de la composición elemental del Sol, es posible que no tengamos una imagen clara de su estructura interna. Podría muy bien albergar un agujero negro en su núcleo, y si investigáramos esta posibilidad podríamos resolver muchas de estas cuestiones actualmente pendientes e inexplicadas, lo que podría extrapolarse para dilucidar otras cuestiones de la astronomía y la cosmología, como las curvas de rotación anómalas de las galaxias y las inhomogeneidades primordiales que impulsaron la agregación temprana de la materia (disipando el requisito de la materia oscura).
Algo Nuevo Bajo el Sol
La clave para resolver muchas de estas cuestiones y perfiles anómalos del Sol pueden ser los efectos que un agujero negro en el núcleo puede tener en las zonas radiativas y conductoras circundantes del interior del Sol. La magnetohidrodinámica gravitatoria y los efectos de los campos magnéticos intensos pueden alterar la forma en que el sonido y la energía se conducen por el interior, lo que quizá explique por qué el modelo solar estándar da predicciones incorrectas sobre la composición química, la temperatura y la luminosidad del Sol. Por ejemplo, los modelos gravitatorios cuánticos de los agujeros negros (necesarios para comprender plenamente la dinámica de los agujeros negros que fusionan la teoría cuántica de campos con la gravedad fuerte) muestran que los agujeros negros pueden «tener pelo», en el que las estructuras de vórtice de la superficie atrapan el flujo magnético dando lugar a estructuras localizadas que recuerdan mucho a las manchas solares (figura 10).
Quizá con el desarrollo de una comprensión gravitatoria plenamente cuántica de los agujeros negros, como en nuestra publicación El origen de la masa y la naturaleza de la gravedad [véase la referencia 3 citada anteriormente], podamos aplicar ese conocimiento a un núcleo de agujero negro dentro del Sol y ser capaces de explicar las manchas solares, las erupciones solares, las eyecciones de masa coronal, las prominencias polares y los vórtices, las emisiones de rayos gamma de alta energía y cómo la corona solar puede ser más caliente que la superficie, entre otras posibilidades. De hecho, aplicando la mecánica dilucidada en nuestro artículo, podemos ver que la estructura organizativa del vacío cuántico alrededor de los agujeros negros es tal que pueden formarse horizontes de cribado. Esto significa que los límites tradicionales impuestos a un «agujero negro primordial» que, por ejemplo, debe tener una masa pequeña (como la de un asteroide) pueden ser obsoletos, y que podría haber agujeros negros masivos y significativamente grandes en los núcleos de las estrellas, pero toda la masa está parcialmente apantallada, como vemos que ocurre con el miniagujero negro en el núcleo del protón.
Resulta que lo que se pensaba que era la estrella mejor comprendida, nuestro Sol, está lejos de serlo. Así, a partir de estudios como el de los Modelos de Evolución Solar con un Agujero Negro Central [véase la cita anterior, número de referencia 9], vemos emerger una imagen en la que el Sol y otras estrellas podrían ser, de hecho, estrellas de Hawking que albergan agujeros negros primordiales en sus núcleos que contribuyen a las luminosidades observadas y a otras características clave [¿Se esconden agujeros negros diminutos dentro de estrellas gigantes?] Vemos emerger la eminencia de los agujeros negros primordiales en la organización de la materia a través de escalas, tanto temporales como espaciales.
En la época temprana del universo, los agujeros negros primordiales se formaron en un rango de masas (y, por tanto, de tamaños)[32, 33]. Desde los PBH similares a partículas descritos por Hawking y Zeldovich hastalos agujeros negros supermasivos, estos últimos observados ahora directamente por el telescopio espacial James Webb[34]. Se está observando directamente que los agujeros negros se forman primero, antes que las estrellas o las galaxias, y luego sirven de centro nucleador, donde se sabe que, en el caso de los agujeros negros supermasivos, regulan fuertemente el crecimiento y desarrollo de los sistemas que se forman a su alrededor (Figura 11)[35].
Como señalan Bernard Carr et al. en su artículo Observational Evidence for Primordial Black Holes: A Positivist Perspective: «Los PBH en los núcleos de las estrellas ordinarias (así como en las estrellas de neutrones) podrían tener consecuencias observables, como sugirió por primera vez Hawking». Así que, de nuevo, vemos una creciente evidencia observacional de PBHs en los núcleos de las estrellas y tal situación podría tener «consecuencias observables», tal vez como un flujo de radiación gamma dura de estrellas típicas de tipo G como el Sol. Un agujero negro en el núcleo ofrecería entonces una explicación más cohesiva y coherente que el modelo ortodoxo que implica a los rayos cósmicos. De los cuales hemos visto que la distribución anisotrópica y la anticorrelación de la fuerza de la emisión de rayos gamma con el ciclo solar no están bien descritas por el modelo de flujo de rayos cósmicos.
Como hemos analizado en este artículo, la formación de estrellas alrededor de un agujero negro en el núcleo y el hecho de que el propio Sol sea un agujero negro pueden ofrecer una explicación más ajustada de varias de las propiedades observadas del Sol que parecen contradecir el Modelo Solar Estándar. Los objetos masivamente compactos como los agujeros negros -y las estrellas de neutrones, que también albergan agujeros negros en sus núcleos[36,37]- generan campos magnéticos extremadamente fuertes. La dinámica de acreción alrededor del agujero negro central del Sol genera fuertes efectos de campo magnético alrededor de la región ecuatorial y los polos, exactamente donde se observa la emisión no uniforme de rayos gamma, lo que explica la distribución anisotrópica de los rayos gamma. Los campos magnéticos extremadamente intensos del agujero negro central pueden ser suficientes para extenderse a través de la envoltura de plasma, como tubos de flujo magnético penetrativos, generando efectos secundarios de campo magnético en las zonas convectivas y manifestándose como manchas solares a lo largo de las regiones ecuatoriales y prominencias polares y vórtices en los polos. Es posible que se requiera una nueva física para comprender plenamente la dinámica implicada en la generación del espectro energético del Sol, por ejemplo, la circulación alrededor de un agujero negro de núcleo giratorio podría tener teóricamente una dinámica gravitomagnética que indujera la transferencia de energía del núcleo a las capas externas, de forma similar a la transducción de energía de una bobina primaria a una secundaria. A medida que se adquieran más pruebas observacionales, la resolución del problema del espectro de emisión solar se hará evidente y ciertos modelos podrían quedar invalidados.
Vemos que el modelo de rayos cósmicos, cada vez más ausente, no está bien respaldado por los datos ni por el análisis teórico. Tal y como se formuló en la predicción original del flujo de rayos gamma procedentes del Sol en Signatures of Cosmic-Ray Interactions on the Solar Surface [véase la referencia citada anteriormente número 21], la propia premisa de que los rayos cósmicos se ralenticen ocasionalmente, se detengan, se den la vuelta o se «reflejen» de entrantes a salientes y luego colisionen con las partículas de la atmósfera exterior del Sol con suficiente energía para generar radiación gamma es un postulado que en sí mismo no es compatible con la física conocida. Debido a la conservación del momento, para que los rayos cósmicos galácticos o extragalácticos sean la fuente de los rayos gamma observados deben girarse de entrantes a salientes. De lo contrario, la conservación del momento requeriría que los fotones gamma generados durante las colisiones protón-protón en la atmósfera del Sol continuaran la trayectoria de los rayos cósmicos entrantes y, por tanto, irradiaran hacia el Sol, no alejándose de él. Como tal, este proceso de inversión no puede funcionar porque requeriría la disipación de toda la energía cinética de la partícula del rayo cósmico antes de que interactuara con los protones solares.
Por Newton sabemos que la fuerza de los rayos cósmicos es el resultado de su masa (que es pequeña) y su momento, que es extremadamente grande. Si quitamos el gran momento, al frenar los hadrones cósmicos en la magnetosfera del Sol, entonces ya no hay una gran fuerza suficiente para generar rayos gamma. Incluso desde una perspectiva relativista, la masa-energía cinética extremadamente grande de las partículas galácticas o extragalácticas -las velocidades cercanas a la velocidad de la luz son la fuente de sus valores de masa-energía extremadamente altos- se disiparía completamente en el proceso de «espejado» y las partículas cósmicas salientes no serían energéticamente diferentes de las partículas nativas habitantes de la atmósfera de plasma exterior del Sol, es decir, no tendrían la energía necesaria para producir radiación de frecuencia gamma. Aparte de la disipación de energía que se produce con el supuesto proceso de espejado, para explicar la radiación de fotones gamma multi-GeV (por no mencionar los más recientes rayos gamma TeV) el proceso de espejado tendría que ser hasta un 100% eficiente, de tal manera que cada rayo cósmico con una trayectoria de entrada tendría que ser detenido y girado por el campo magnético del Sol. No se sabe cómo podría ocurrir esto con una eficacia del 100%, y tal situación es altamente improbable.
Además, los astrofísicos, aparentemente ansiosos por validar la materia λCDM, convirtiendo el Sol en un laboratorio para la investigación del zoo de partículas del Modelo Estándar, han postulado la aglomeración de putativa materia oscura en el núcleo del Sol. Antes incluso de considerar que no hay pruebas de la existencia de partículas de materia oscura (de hecho, cada vez hay más pruebas de que tales partículas invisibles no existen), este postulado carece de poder explicativo, ya que actualmente no hay ninguna explicación de cómo los rayos gamma procedentes de la aniquilación de la materia oscura consiguen atravesar la envoltura de plasma del Sol para irradiar desde la superficie. En su lugar, quizá deberíamos sustituir la idea de un núcleo de materia oscura dentro del Sol por la de un núcleo de agujero negro primordial. Varios modelos han estudiado la captura de agujeros negros por las estrellas y qué efectos tendría tener un agujero negro en sus núcleos. Sólo por esto, es probable, incluso dentro de los modelos astrofísicos convencionales, que existan estrellas de Hawking, porque en todas las estrellas y agujeros negros de todos los billones de billones de galaxias, algunos inevitablemente interactúan y se fusionan de tal manera que el agujero negro acaba dentro de la estrella, y no al revés.
Aún más destacado, sin embargo, es que al examinar las pruebas, como UHZ1 y otras galaxias de alto corrimiento al rojo observadas por el JWST formándose poco después del Big Bang[38], vemos agujeros negros en los núcleos en los inicios más tempranos de los sistemas de materia organizada en el universo. Así, las investigaciones de Hawking y Carr sobre los agujeros negros primordiales se han confirmado, y ahora parece que los agujeros negros se forman primero. Así pues, no es descabellado plantear que los agujeros negros puedan funcionar como el centro nucleador de la materia organizada a través de la escala, tal y como han descrito nuestros modelos. Del mismo modo que las galaxias se forman alrededor de agujeros negros supermasivos, que posteriormente regulan el crecimiento y desarrollo de las galaxias, de modo que en cierto sentido las galaxias son agujeros negros supermasivos, también los agujeros negros de menor masa generan plasma a su alrededor y/o entran en nebulosas desencadenando la condensación del gas interestelar, sirviendo de núcleo a partir del cual se forman, crecen y desarrollan las estrellas, de modo que las estrellas son agujeros negros.
Vemos que nuestro modelo cosmológico evoluciona para dar cuenta de una presencia temprana y ubicua de agujeros negros intrínsecos a lo largo de un espectro de masas en el que los agujeros negros son esenciales para la primera formación de sistemas discretos de materia organizada y el posterior crecimiento y desarrollo de galaxias y estrellas. Parte de la historia del desarrollo de estos sistemas organizados de materia es el desarrollo de sistemas solares, de tal manera que en la época actual casi todas las estrellas que se observan tienen planetas en órbita, lo que significa que hay alrededor de 100.000 millones de planetas sólo en nuestra galaxia[39]. Si se entiende que las estrellas son agujeros negros, o incluso sólo tomando el reconocimiento más conservador de agujeros negros primordiales en el núcleo de la mayoría de las estrellas y en la proximidad de la mayoría de los sistemas exoplanetarios, entonces vemos que los agujeros negros están presentes para el surgimiento y desarrollo de la vida, tal vez incluso fomentando la abiogénesis y la evolución de la vida a través del espectro de radiación de alta energía que puede impulsar la ionización molecular, impulsando reacciones prebióticas que conducen a la síntesis de bloques de construcción biomoleculares, la mutagénesis ARN/ADN (impulsando la variabilidad evolutiva), y apoyando la fotosíntesis[40], de tal manera que la radiación de los agujeros negros podría crear vida. De hecho, los estudios han demostrado que pueden formarse planetas directamente alrededor de los agujeros negros (denominados blanets, Figura 12)[41], y considerando los agujeros negros supermasivos, también conocidos como núcleos galácticos activos, como Sagitario A* los estudios han calculado zonas hospitalarias lo suficientemente grandes como para albergar miles de planetas similares a la Tierra (1 Million Habitable Planets Could (Theoretically) Orbit a Black Hole). En el estudio dirigido por el astrónomo de Harvard Avi Loeb, titulado Galactic Panspermia, se demuestra cuantitativamente que los cuerpos celestes próximos que albergan vida podrían ser acelerados y dispersados por la galaxia por Sagitario A*, convirtiendo el centro galáctico en «un motor de panspermia» que siembra toda la galaxia[42].
Así pues, de nuevo los estudios revelan que los agujeros negros son bastante diferentes de lo que popularmente se representa: ayudan a formar y hacer crecer sistemas de materia organizada a través de la escala, y pueden ser beneficiosos, incluso esenciales para la aparición y el desarrollo de la vida. Por tanto, un agujero negro en el núcleo del Sol está en consonancia con los observables de nuestro sistema solar, incluso con la biosfera altamente hospitalaria de la Tierra, ¿tal vez fomentada por el perfil de radiación de un Sol con agujero negro? Además, en mi artículo El origen de la masa y la naturaleza de la gravedad vemos que -contrariamente al enfoque clásico, en el que cabría esperar que la formación de agujeros negros fuera el resultado de una acreción de material en inflexión hasta un límite crítico- he demostrado que la formación de agujeros negros es el resultado de un comportamiento espaciotemporal natural que emerge de un estado de coherencia de los osciladores de fluctuación del vacío cuántico colectivo en una región del espacio a diferentes escalas, y que el acoplamiento de los osciladores produce comportamientos colectivos o un vórtice cuántico en un flujo turbulento del colector espaciotemporal en una región del espacio generando lo que observamos como un agujero negro [43], y la prueba de este proceso pueden ser las crecientes observaciones de aparentes agujeros negros primordiales -también llamados agujeros negros de «colapso directo», como el UHZ1- presentes en las épocas más tempranas observables del universo. Por tanto, estos agujeros negros intrínsecos podrían ser abundantes y ubicuos, constituir una parte significativa de la llamada materia oscura y tener una distribución suficiente para formar estrellas.
A partir de numerosas líneas de evidencia y descubrimientos recientes, vemos que el modelo de un Sol de agujero negro puede merecer una seria consideración y evaluación. Las recientes mediciones de la radiación gamma de billones de electrones voltios y estudios independientes como los Modelos de Evolución Solar con un Agujero Negro Central apuntan cada vez más a la veracidad de mi modelo de evolución estelar en el que las estrellas son agujeros negros, de forma que la inusual luminosidad del Sol (que emite continuamente en el espectro de rayos X y rayos gamma duros), la estructura del campo magnético, el calentamiento de la corona solar y el flujo de neutrinos se describen mediante un núcleo de agujero negro.
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