Melaza cósmica: cómo la viscosidad cambia las reglas del nacimiento de agujeros negros primordiales ✛ ✎ ✦

En la búsqueda de la naturaleza de la materia oscura, una de las hipótesis más intrigantes se remonta a los primeros instantes después del Big Bang. Entonces, a partir de fluctuaciones cuánticas del campo inflacionario nacían grumos de materia capaces de colapsar en agujeros negros primordiales. Desde los tiempos de Stephen Hawking, se solía considerar al plasma primordial como un fluido ideal: fluido y sin fricción interna. Pero la realidad pudo haber sido otra: en lugar de agua, una melaza espesa, donde cada movimiento encuentra resistencia. Precisamente esta «viscosidad» del Universo y su papel en el nacimiento de agujeros negros se logró evaluar por primera vez en un completo experimento numérico.

Un grupo de investigadores aplicó el formalismo BSSN de la relatividad general junto con las ecuaciones de la hidrodinámica viscosa de Eckart para seguir el destino de regiones superdensas en la expansión del Universo. El resultado es claro: cuanto mayor es la viscosidad, más difícil le resulta a la gravedad llevar el grumo al colapso. Matemáticamente, esto se expresa en la ecuación de estado efectiva del fluido de fondo: \( w_{\text{eff}} = w - \epsilon \sqrt{24\pi} \). El parámetro ε es una medida de la «pegajosidad» del medio. Cuando crece, la presión disminuye, el gas se vuelve más blando, pero al mismo tiempo aumenta la fricción interna. Las ondas sonoras ya no pueden estabilizar fácilmente la perturbación, y para iniciar el colapso se requiere un mayor contraste inicial de densidad. El desplazamiento de la amplitud crítica µ_c obedece a una simple dependencia lineal: \(\mu_c - \mu_{c,0} = K \epsilon^\Gamma\), donde Γ ≈ 1 y K es del orden de la unidad. Esto recuerda a la clásica inestabilidad de Jeans: la disipación frena la compresión, y la gravedad debe superar una resistencia adicional, similar a cómo James Jeans mostró en su día el papel de la presión para contrarrestar la compresión.

Además de elevar el umbral, la viscosidad también modifica la masa de los agujeros negros resultantes. Cerca del colapso crítico, la masa obedece a una ley de escalamiento \( M_{\text{PBH}} / M_H = k |\mu - \mu_c|^\gamma \). La viscosidad aumenta la constante de amplitud k (por ejemplo, de 8.30 a 10.22 para uno de los perfiles de perturbación), afectando débilmente al exponente γ. En otras palabras, la compresión gravitacional en la melaza produce agujeros más masivos para las mismas desviaciones relativas del umbral. La función de masas se desplaza hacia valores mayores, lo que afecta directamente la interpretación de los datos de microlente gravitacional y del fondo estocástico de ondas gravitacionales.

El resultado obtenido no es una mera corrección. Señala que, para hacer predicciones fiables sobre la abundancia de agujeros negros primordiales como candidatos a materia oscura, es necesario considerar la no idealidad del plasma primordial. Más aún, la viscosidad suaviza la ecuación de estado del fondo, lo que quizás arroje luz sobre el problema de la tensión de Hubble — esa misteriosa discrepancia en las mediciones de la velocidad de expansión del Universo. En el futuro, las simulaciones con viscosidad de segundo orden más realista (teoría de Israel-Stewart) y la inclusión de anisotropías permitirán calcular los espines y las elipticidades de los agujeros negros nacientes, tendiendo un puente entre la microfísica del colapso y la cosmología a gran escala. Quizá la propia «pegajosidad» del Universo temprano resulte ser la clave para desentrañar la materia oscura y el destino de la expansión cosmológica.