Antes de que los elementos atómicos se unieran, menos de un segundo después del Big Bang, si las partículas se condensaron en halos de materia, estos halos podrían haber colapsado, creando los primeros agujeros negros, estrellas de bosones y las llamadas estrellas caníbales. Esta es la conclusión de un nuevo estudio publicado en Physical Review D , realizado por un equipo de investigadores de la SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati), en colaboración con el INFN, el IFPU y la Universidad de Varsovia.
Partiendo de la hipótesis, propuesta por algunos modelos cosmológicos, de que en las primeras fases del universo existió una breve Era Dominada por la Materia Temprana (EDMT), los autores investigaron cómo pudieron haber interactuado las partículas entre sí, descubriendo que dichas interacciones podrían haber dado origen a una sorprendente variedad de objetos cósmicos. El estudio demuestra, por tanto, que incluso en los primeros instantes posteriores al Big Bang, el universo ya podría ser un escenario de una fenomenología física rica y compleja.
Justo después de la inflación: ¿Qué sucedió después?
Los recientes avances en cosmología han permitido reconstruir con detalle la historia del universo, desde la rápida expansión inicial conocida como inflación hasta la nucleosíntesis primordial, la formación de los primeros núcleos atómicos más pesados que el hidrógeno, que tuvo lugar entre 10 segundos y 20 minutos después del Big Bang. Sin embargo, el período intermedio permanece en gran parte inexplorado.
Como explican los autores, «una posibilidad intrigante es que, durante este intervalo, la materia dominara temporalmente el universo». En este escenario, se podrían formar halos de materia de forma natural. Además, si las partículas interactuaran entre sí, estas interacciones podrían provocar un colapso gravotérmico, dando lugar a objetos compactos como agujeros negros y otras estructuras cósmicas exóticas.
Estructuras extrañas en los albores del universo
Entre estos objetos compactos, los investigadores sugieren que podrían haberse formado estrellas caníbales. Las estrellas caníbales son similares a las estrellas tradicionales, con la diferencia de que su energía proviene de la autoaniquilación de partículas en lugar de la fusión nuclear.
Al mismo tiempo, los autores señalan que también podrían haberse formado estrellas de bosones, donde la naturaleza cuántica de las partículas sustenta la formación de la estrella. Estas estrellas podrían haber poblado el universo recién nacido durante apenas unos segundos antes de colapsar y convertirse en agujeros negros primordiales (PBH). Alternativamente, los PBH podrían haberse formado directamente a partir del colapso de los halos de materia.
Nuevas hipótesis sobre agujeros negros primordiales
Según el estudio, los halos formados durante una EMDE tenían masas relativamente pequeñas (inferiores a 10²⁸ gramos) y, tras el colapso gravotérmico, podrían haber generado agujeros negros primordiales aún más pequeños. Mediante un modelo teórico simplificado, los investigadores demostraron que, en algunos casos, la producción de agujeros negros primordiales podría ser excesiva, lo que contradice las observaciones; en otros, podrían formarse agujeros negros primordiales con masa de asteroide, lo que potencialmente explicaría toda la materia oscura del universo.
Finalmente, algunos agujeros negros primordiales podrían evaporarse rápidamente, desapareciendo antes de la nucleosíntesis primordial, es decir, antes de la formación de átomos ligeros como el hidrógeno y el helio.
Nuevas perspectivas sobre el universo
Los resultados también abren perspectivas más amplias. Como concluyen los autores: «Sería interesante explorar la formación de estrellas caníbales y estrellas de bosones en el universo actual, a través del colapso de halos de materia oscura autointeractuantes. Además, aunque más especulativo, el estudio de la formación estelar y la acreción en modelos de partículas simples podría proporcionar nuevos conocimientos sobre los complejos procesos astrofísicos que dan forma a nuestro universo».
Más información: Pranjal Ralegankar et al., Gravothermalizing into primordial black holes, boson stars, and cannibal stars, Physical Review D (2025). DOI: 10.1103/xpwl-w5zk . En arXiv : DOI: 10.48550/arxiv.2410.18948
Ofrecido por la Escuela Internacional de Estudios Avanzados (SISSA)