Un neutrino imposible ahonda en el misterio de los agujeros negros primordiales y la materia oscura
Un neutrino llegado del espacio con una energía sin precedentes ha puesto contra las cuerdas a la física conocida. Su detección apunta a la posible explosión de un agujero negro primitivo y reabre el debate sobre la radiación de Hawking y el origen de la materia oscura.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Ilustración artística de la posible explosión de un agujero negro primordial en el universo temprano, un fenómeno teórico que podría explicar la detección de neutrinos de energía extrema y arrojar luz sobre el origen de la materia oscura. Crédito: IA-DALL-E-RexMolón Producciones
Un neutrino que no debería existir
En 2023, un mensajero casi fantasmal procedente del cosmos puso en aprietos a la física de partículas. Un neutrino —una partícula subatómica capaz de atravesar galaxias y planetas sin apenas interactuar— impactó contra la Tierra con una energía tan descomunal que parecía imposible.
No existe, según el conocimiento actual, ningún acelerador natural en el universo capaz de producir algo así: su energía era unas 100.000 veces superior a la del récord logrado por el gran colisionador de hadrones, un anillo subterráneo de 27 kilómetros, en la frontera franco-suiza, donde se hacen chocar partículas casi a la velocidad de la luz para estudiar las leyes fundamentales del universo.
Ahora, un equipo de físicos de la University of Massachusetts Amherst (UMass Amherst), en Estados Unidos, cree haber encontrado una explicación tan audaz como sugerente: el neutrino podría ser la huella de la explosión de un tipo muy especial de agujero negro primitivo.
La hipótesis se publica en la revista Physical Review Letters y no se limita a resolver un caso aislado. Según los autores, ese evento extremo podría estar señalando la naturaleza del universo y abrir la puerta a comprobar ideas que llevan décadas en el terreno de la teoría, desde la radiación de Hawking hasta el origen de la materia oscura.
Qué son los agujeros negros primordiales
Los agujeros negros convencionales están bien descritos: nacen cuando una estrella masiva agota su combustible, colapsa y deja tras de sí una región del espacio-tiempo con una gravedad tan intensa que nada, ni siquiera la luz, puede escapar.
Hablamos de objetos enormes y, en la práctica, estables. Pero en los años setenta el físico teórico, astrofísico, cosmólogo y divulgador científico británico Stephen Hawking propuso la existencia de otro tipo de agujeros negros, los agujeros negros primordiales, formados no por estrellas sino por las condiciones extremas del universo poco después del big bang.
Nunca se han observado directamente, pero la teoría permite que sean mucho más ligeros que los conocidos.
Esa ligereza es clave. Hawking mostró que los agujeros negros pueden emitir partículas —la célebre radiación de Hawking— y que cuanto menor es su masa, más calientes se vuelven.
🗣️ «Cuanto más ligero es un agujero negro, más caliente debería ser y más partículas emiti —explica Andrea Thamm, coautora del estudio y profesora ayudante de Física en la UMass Amherst, en un comunicado de la universidad. Y añade—: A medida que los agujeros negros primordiales se evaporan, se hacen cada vez más ligeros y, por tanto, más calientes, emitiendo todavía más radiación en un proceso desbocado hasta que explotan. Es esa radiación de Hawking la que pueden detectar nuestros telescopios».
Cuando un agujero negro explota
Una explosión así sería una mina de oro para la física fundamental. En efecto, permitiría elaborar un catálogo definitivo de las partículas elementales, desde las conocidas —electrones, quarks o el mismísimo bosón de Higgs— hasta las hipotéticas, como las partículas de materia oscura, e incluso otras completamente desconocidas.
El propio equipo de UMass Amherst ha mostrado en trabajos previos que estas explosiones podrían no ser tan raras como se pensaba, quizá una por década, y que los instrumentos astronómicos actuales ya podrían registrarlas.
Todo esto era, hasta hace poco, pura teoría. El giro llegó cuando la KM3NeT Collaboration, una infraestructura de investigación europea situada en el fondo del mar Mediterráneo, detectó en 2023 ese neutrino imposible, justo el tipo de señal que los físicos llevaban tiempo anticipando.
El problema: por qué IceCube no lo vio
Pero surgió un problema: otro detector puntero de neutrinos cósmicos, el IceCube de la estación Amundsen-Scott del Polo Sur, no solo no observó el evento, sino que jamás había registrado nada ni remotamente comparable.
Si los agujeros negros primordiales abundan y explotan con cierta frecuencia, ¿por qué no estamos bañados en neutrinos de alta energía?
La respuesta, según los autores, está en un ingrediente adicional. «Creemos que los agujeros negros primordiales con una carga oscura —lo que llamamos agujeros negros primordiales cuasi-extremos— son el eslabón perdido», afirma Joaquim Iguaz Juan, investigador posdoctoral en Física en la UMass Amherst y coautor del artículo.
Estallidos de agujeros negros primordiales
Recreación artística que imagina la posible explosión de pequeños agujeros negros primordiales, una hipótesis planteada por físicos de la Universidad de Massachusetts Amherst para explicar la detección de partículas de energía extrema. Cortesía: NASA’s Goddard Space Flight Center
La hipótesis de la «carga oscura»
Esa carga oscura sería una especie de copia de la fuerza eléctrica, pero asociada a una versión muy pesada y todavía hipotética del electrón, a la que el equipo denomina electrón oscuro.
🗣️ «Existen otros modelos de agujeros negros primordiales más simples —señala Michael Baker, también coautor y profesor ayudante de Física en la citada universidad estadounidense. Y añade—: Nuestro modelo de carga oscura es más complejo, lo que significa que puede ofrecer una descripción más fiel de la realidad física. Lo realmente emocionante es ver que puede explicar un fenómeno que, de otro modo, resulta inexplicable».
Recordemos que el modelo de carga oscura es una hipótesis teórica que propone la existencia de una fuerza similar a la electricidad, pero que actúa sobre partículas invisibles para nosotros, como un hipotético electrón oscuro. Aplicado a los agujeros negros primordiales, este modelo sugiere que esa carga modifica su comportamiento y su evaporación, permitiendo explicar fenómenos extremos como neutrinos de altísima energía y, potencialmente, el origen de la materia oscura.
Las propiedades de estos objetos serían singulares.
«Un agujero negro primordial con carga oscura —dice Thamm — tiene propiedades únicas y se comporta de forma distinta a otros modelos más sencillos. Hemos demostrado que esto puede proporcionar una explicación coherente de todos los datos experimentales que parecían contradictorios».
Un posible punto de inflexión para la física
Las implicaciones van más allá del neutrino solitario. El equipo sostiene que su modelo también podría resolver el viejo enigma de la materia oscura.
«Las observaciones de las galaxias y del fondo cósmico de microondas sugieren que algún tipo de materia oscura existe», recuerda Baker. «Si nuestra carga oscura hipotética es real —añade Iguaz Juan—, entonces creemos que podría existir una población significativa de agujeros negros primordiales, compatible con otras observaciones astrofísicas, y que explicaría toda la materia oscura que falta en el universo».
Para Baker, el hallazgo de 2023 marca un punto de inflexión. «Observar ese neutrino de altísima energía fue un acontecimiento increíble. Nos abrió una nueva ventana al cosmos —afirma—. Y concluye—: Pero ahora podríamos estar a las puertas de verificar experimentalmente la radiación de Hawking, obtener pruebas de la existencia de agujeros negros primordiales y de nuevas partículas más allá del modelo estándar, y explicar, de una vez, el misterio de la materia oscura».▪️(3-febrero-2026)
Información facilitada por la UMass Amhers
Fuente: Michael J. Baker, Joaquim Iguaz Juan, Aidan Symons, and Andrea Thamm. Explaining the PeV neutrino fluxes at KM3NeT and IceCube with quasiextremal primordial black holes. Physical Review Letters (2026). DOI: https://doi.org/10.1103/r793-p7ct
