El universo tras el Big Bang era casi perfectamente homogéneo. Casi, porque las diminutas inhomogeneidades de densidad, estiradas por la inflación, se convirtieron en semillas de galaxias. Pero, ¿y si esas mismas inhomogeneidades pudieran dar origen no solo a estrellas, sino también a agujeros negros? Y no a agujeros negros ordinarios, sino a primordiales: objetos surgidos en los primeros instantes, cuando el universo era caliente y denso. Siguen siendo un misterio.

La idea es simple: si en algún lugar la densidad era ligeramente superior a la crítica, esa región podría colapsar directamente en un agujero negro. Pero los modelos inflacionarios estándar producen perturbaciones demasiado débiles en escalas pequeñas. Se necesita un amplificador. Y ese amplificador, como muestran los autores del nuevo trabajo, podría ser el campo magnético.

El campo magnético como un escultor invisible que moldea agujeros negros a partir del universo temprano. En el universo temprano, antes de que aparecieran los primeros átomos, el campo electromagnético podría comportarse de manera inusual. Si su acoplamiento con la gravedad se rompía por un breve período, se generaban campos magnéticos. Estos, a su vez, creaban inhomogeneidades adicionales. Y aquí está el punto clave: los campos magnéticos no solo añadían energía, sino que ejercían presión de manera desigual, creando tensiones anisotrópicas (presión no uniforme en diferentes direcciones). Esto amplificaba las perturbaciones de curvatura (inhomogeneidades de densidad estiradas por la inflación) hasta un nivel en el que el colapso en un agujero negro se vuelve inevitable.

Los autores examinaron un modelo concreto de magnetogénesis (la generación de campos magnéticos en el universo temprano) con la llamada función de acoplamiento en forma de diente de sierra. Esta crece durante la inflación, alcanza un pico y luego disminuye, restaurando la electrodinámica estándar. Tal perfil produce un espectro del campo magnético con un quiebre: en escalas grandes corresponde a los campos intergalácticos observados, mientras que en escalas pequeñas se amplifica bruscamente, dando lugar a agujeros negros.

Los resultados son impresionantes. Para una temperatura de recalentamiento $T_{re}$ ≈ 2×10⁵ GeV y un índice espectral (el exponente de la pendiente del espectro de potencia) $n_B$ = 2.674, el modelo predice una fracción de agujeros negros primordiales en la materia oscura $f_{PBH}$ ≈ 1, es decir, prácticamente toda la materia oscura. La masa de estos agujeros negros es de aproximadamente 4×10⁻¹⁶ masas solares, equivalente a la masa de un asteroide. Tales objetos son invisibles, pero su influencia gravitacional puede ser buscada.

La abundancia de agujeros negros es exponencialmente sensible al índice espectral del campo magnético: un cambio de solo 0.005 en $n_B$ altera $f_{PBH}$ en varios órdenes de magnitud. Esto hace que el modelo sea comprobable: basta con mediciones precisas de los campos magnéticos en diferentes escalas.

Como bonus, las ondas gravitacionales. Las tensiones anisotrópicas del campo magnético generan un fondo estocástico de ondas gravitacionales. Su amplitud máxima para el punto de referencia BP1 ($T_{re}$ = 1 GeV, $n_B$ = 2.28) es $Ω_{GW}$ h² ≈ 2.05×10⁻⁹. Esto está justo dentro de la sensibilidad de futuros detectores como LISA, DECIGO, BBO y SKA. Si se detecta este fondo, sería una confirmación independiente de la magnetogénesis.

El trabajo une dos problemas aparentemente no relacionados: el origen de los campos magnéticos cósmicos y la naturaleza de la materia oscura. Un mismo proceso, la generación de campos magnéticos en el universo temprano, explica ambos. Antes no estaba claro si los campos magnéticos primordiales podían, a la vez, ajustarse a las observaciones y amplificar las perturbaciones hasta el nivel necesario. Ahora se ha demostrado que sí pueden, y sin necesidad de un ajuste fino del potencial inflacionario. Basta con la función de acoplamiento en forma de diente de sierra.

¿Qué sigue? Primero, un tratamiento más preciso de los efectos magnetohidrodinámicos en escalas pequeñas. Segundo, la exploración de otras formas de la función de acoplamiento. Tercero, el análisis conjunto de datos de futuros observatorios de ondas gravitacionales y las restricciones sobre la abundancia de agujeros negros primordiales. Esto permitirá acotar los parámetros del modelo y, posiblemente, resolver definitivamente el enigma de la materia oscura.

El universo que vemos es solo la punta del iceberg. Debajo se oculta materia invisible y, quizás, agujeros negros invisibles. El campo magnético que una vez llenó el cosmos pudo haberlos esculpido a partir del caos primordial. Ahora tenemos una manera de comprobarlo.