El Sistema Solar parece tener un nuevo planeta… ¿o es un agujero negro?

Hay un par de elementos que tengo que contarles para que esta historia, en apariencia descabellada, tenga sentido. Allá por marzo de 1811 nacía Urbain Le Verrier, matemático francés cuyo nombre hoy figura, nada menos, que en la mismísima Torre Eiffel. ¿Qué hizo para merecer semejante honor?

Durante la primera mitad del siglo XIX se conocían solamente siete planetas, pero hacia 1846 se sospechaba que podría existir un planeta adicional en el Sistema Solar. Urano -el más lejano conocido hasta ese entonces- mostraba algunas desviaciones respecto de lo que se esperaba fuera su órbita según la fuerza de la gravedad de Newton.

Debía haber otro planeta que lo estuviera "afectando" con un "tirón gravitacional" extra. Solo eso explicaría su comportamiento errático.  Le Verrier comenzó a analizar la trayectoria de Urano de forma exhaustiva durante ocho meses de arduo trabajo. Fue así que logró hacer una predicción que cambiaría la fisonomía del Sistema Solar como la conocía hasta entonces el ser humano.

Tras contactar a colegas alemanes, los convenció para que lo ayudaran a verificar su propuesta y esa misma noche descubrieron Neptuno. Hoy sabemos que, además de estos ocho planetas, también hay un gran número de cuerpos menores que habitan en "la periferia" del Sistema Solar, incluyendo a Plutón. 

De forma rutinaria, se siguen las trayectorias de estos pequeños objetos, pero en años recientes se ha notado que sus órbitas muestran señales de estar siendo perturbadas por algo desconocido, tal cual ocurrió época de Le Varrier antes de descubrir Neptuno. Aún no sabemos qué causa esta perturbación, pero una posibilidad es que sea un planeta más, el llamado "Planeta 9".

La historia se está repitiendo. ¿Será posible que haya algún nuevo planeta en los confines del Sistema Solar?  Si nos limitamos a planetas tal como los conocemos, no es tan fácil de creerlo.  Hay que considerar que para poder explicar el comportamiento de los planetas menores del Sistema Solar externo, un noveno planeta debería tener una órbita diez veces más grande que la de Neptuno y su masa ser un tercio de la de este. Según el modelo de formación del Sistema Solar actual, un planeta así no debería existir.

Pero comparado con 1846, hoy sabemos que ese tipo de anomalías también puede producirse por otras causas. Podría tratarse de otro fenómeno que no fuera un planeta formado junto con nuestro Sistema Solar. El hecho de que la causa de la perturbación sea tan lejana y de tan baja masa, hace pensar en un planeta errante que fue atrapado gravitacionalmente por el Sol, vale decir, un cuerpo que fue expulsado de otro sistema solar, o también podría ser un planeta que se formó solo, aislado en la galaxia, sin estar alrededor de una estrella.

Porque al final de cuentas, no sabemos muy bien cuál es el límite inferior para la masa de objetos que se forman en nuestra galaxia. Si una estrella no tiene fusión nuclear en su interior que la haga brillar, simplemente no la veremos… y tampoco la llamaremos estrella; ¡lo llamaremos planeta! Así que además de estrellas también podemos tener planetas sueltos por toda la galaxia.  Si esto fuera así, el planeta 9 podría ser uno de estos, que fue adoptado por nuestro Sol. Así concluimos la primera parte, el primer elemento de la historia.  El segundo elemento está relacionado con otro fenómeno que pasamos a describir a continuación.

En 2016 se anunció la primera detección en la historia de las llamadas ondas gravitacionales.  No son ondas de luz, ni de sonido, si no distorsiones en el espacio tiempo que viajan por el espacio a la velocidad de la luz.  En el caso de las que se detectaron en los dos laboratorios de LIGO, esas distorsiones fueron provocadas por la fusión de dos agujeros negros decenas de veces más masivos que el sol y que ocurrieron a distancias de cientos de millones de años luz de la Tierra.

Después de esa primera detección se hallaron varios eventos más y todos, exceptuando uno de ellos, fueron fusiones de pares de agujeros negros. Esto representa otra anomalía.  Por lo que sabemos de las estrellas y de cómo estas se forman (solas o en pares) y, sobre todo, de cómo mueren, no se espera que haya tantos pares de estos agujeros negros binarios. 

Cuando una estrella muy masiva muere, cuando se acaba el combustible que utiliza para realizar fusión nuclear en su interior, la falta de este flujo brutal de energía desde su centro hacia la superficie de la estrella hace que de pronto colapse sobre sí misma, por su propio peso, y esto desata una reacción en cadena que produce una explosión de supernova. 

En algunos casos la explosión se lleva las partes externas de la estrella solamente, y lo que sobrevive en su centro colapsa aún más hasta formar un agujero negro.  El problema es éste: sería muy raro que haya tantos pares de estrellas tan masivas que las dos terminan convirtiéndose en agujeros negros.  Por esto, el hecho de que la mayoría de las fusiones que ve LIGO (Y ahora también en conjunto con el experimento VIRGO) sean de agujeros negros, hace que se piense que los agujeros negros que "vemos" chocando no provienen de la muerte de estrellas. ¿De dónde provienen entonces? ¿Cómo se formaron?

Allá por los años '60, la gente todavía no estaba convencida de que los agujeros negros existían. Fueron recién Hawking y Penrose en 1967 quienes demostraron que tenían que existir, y que la muerte de estrellas debía producirlos. Pero también se pensó que podrían formarse de otra manera, y mucho antes de que existiera la primera estrella en el Universo.  Éstos se formarían justo después del Big Bang mismo. Estos agujeros negros estarían en el Universo desde su nacimiento, serían Agujeros Negros Primordiales, y serían otro tipo de agujero negro, distinto a los que se forman con la muerte de estrellas.

Los agujeros negros primordiales fueron el objetivo de una búsqueda ciega que se extendió por décadas. No se sabía realmente qué tan masivos podrían ser, ni dónde deberían estar, y finalmente… la búsqueda tuvo poco éxito, al punto que hace unos 15 años atrás finalmente fue abandonada.  Pero con la detección de las fusiones de agujeros negros por medio de las ondas gravitacionales, en estos últimos dos o tres se avivó la búsqueda nuevamente.

Fue así que recientemente se descubrieron algunos destelleos en estrellas de la galaxia que podrían haber sido producidos por el efecto de "lente" que harían agujeros negros primordiales pasando por delante de ellas. Los destelleos muestran que podría haber agujeros negros muy pequeños sueltos por la galaxia y ser tan pequeños y con tan poca masa, como el mismo hipotético planeta 9.  Al ser de tan baja masa, su origen debería ser primordial, porque los que quedan después de la muerte de estrellas serían más masivos que el sol.

Es aquí donde finalmente se fusionan nuestras dos historias. Jakob Schultz y James Unwin se pusieron a pensar qué pasaría si el planeta 9 fuera en realidad un agujero negro primordial. Uno se pregunta por qué se les podría ocurrir esta idea.  Y la razón es simple.  Un agujero negro o un planeta, ambos con igual masa, producen el mismo efecto en los planetas enanos del Sistema Solar. Ambas opciones podrían explicar las anomalías de sus órbitas.

Lo que Schultz y Unwin calcularon además es que las probabilidades estadísticas de que se trate de un planeta errante en la Vía Láctea, o de un agujero negro primordial, son similares. Así que, en principio, es igual de razonable pensar en una u otra opción.

Pero un planeta capturado más pequeño que Neptuno, a una distancia diez veces mayor, es difícil de encontrar, en particular en este caso. La razón es la siguiente. A diferencia de lo que llevó a la predicción de la existencia de Neptuno por Le Verrier, no tenemos forma de predecir exactamente donde deberíamos encontrar al hipotético planeta 9. Esto se debe a que la anomalía en el Sistema Solar externo se observa en las órbitas de muchos objetos.

Es un efecto mucho más sutil que lo que analizó Le Verrier, y la ubicación del posible planeta 9 no se puede predecir con exactitud, sino solo dar un rango de distancia y de masa que debería tener este planeta. Es por eso que hay pocas esperanzas de encontrar un planeta 9 en el futuro cercano.

Si en cambio en lugar de ser un planeta fuera un agujero negro, curiosamente, sería más fácil de detectar.  La acumulación de masa alrededor de uno de estos objetos sería tan densa que emitiría rayos gama. Y estos podrían buscarse, por ejemplo, con el futuro Cherenkov Telescope Array que se instalará en unos años en Atacama.

Esta idea es muy interesante, ya que abre la posibilidad de tener un agujero negro como vecino en el Sistema Solar. Su existencia tendría como única consecuencia afectar las órbitas de los planetas menores (nada más! No se comería el Sol ni la Tierra).  Sin embargo, lo que más llamó la atención del paper de Schultz y Unwin no fue eso.  Ellos se dieron cuenta de que un agujero negro con la masa necesaria sería muy pequeño, tan pequeño que entraría en una página, tendría 10cm de diámetro!  Y sería 10 veces más masivo que la Tierra misma.

Lo segundo que se les ocurrió fue que, tranquilamente, podían mostrar el tamaño de ese agujero negro en su publicación, y esto simplemente se viralizó. Nos tomamos la libertad de reproducirlo nuevamente aquí mismo.  El círculo negro que ustedes ven, a escala real, podría contener este agujero negro en su totalidad, y explicaría perfectamente bien todas las órbitas de planetas enanos que se encuentran en los confines más lejanos del Sistema Solar.