A matéria escura, a substância misteriosa que exerce atração gravitacional, mas não emite luz, pode realmente consistir em vastas concentrações de buracos negros antigos criados no início do universo, de acordo com um novo estudo.
Essa conclusão vem de uma análise das ondas gravitacionais, ou ondulações no espaço-tempo, produzidas por duas colisões distantes entre buracos negros e estrelas de nêutrons.
As ondulações — nomeadas GW190425 e GW190814 — foram detectadas em 2019 pelo Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) em Washington e Louisiana (EUA), e o Virgo Interferometer perto de Pisa, Itália. Uma análise anterior sugeriu que as ondulações foram produzidas por colisões entre buracos negros que possuíam 1,7 e 2,6 vezes a massa do nosso Sol e uma estrela de nêutrons menor ou um buraco negro muito maior.
Mas isso faria com que um dos objetos em cada colisão fosse o que os astrofísicos chamam de buraco negro de massa solar, com aproximadamente a massa do sol.
“Os buracos negros de massa solar são muito misteriosos, já que não são previstos pela astrofísica convencional”, como as explosões de estrelas, ou supernovas, que transformam estrelas maiores em buracos negros, disse o autor do estudo, Volodymyr Takhistov, da Universidade da Califórnia, Los Angeles, disse ao Live Science.
Em vez disso, os autores propõem no estudo, publicado em 16 de fevereiro na revista Physical Review Letters, esses buracos negros de massa solar podem ser buracos negros “primordiais” criados durante o Big Bang. Ou eles podem ter se formado mais tarde, quando as estrelas de nêutrons foram transmutadas em buracos negros, seja depois de engolir os buracos negros primordiais, ou depois de absorver certos tipos de matéria escura, a misteriosa matéria que exerce atração gravitacional e não interage com a luz, disse Takhistov.
Buracos negros primordiais
Os buracos negros primordiais, se existem, foram provavelmente criados em grande número no primeiro segundo do Big Bang, cerca de 13,77 bilhões de anos atrás. Eles teriam existido em todos os tamanhos – o menor seria microscópico e o maior teria dezenas de milhares de vezes a massa do nosso sol.
Os cálculos mostram que o menor já teria “evaporado”, emitindo partículas quânticas por meio de um processo conhecido como radiação Hawking, de modo que apenas buracos negros primordiais com massas maiores que 10 ^ 11 quilogramas — aproximadamente a massa de um pequeno asteróide — poderiam ter sobrevivido até a atualidade.
Se eles existissem, esses antigos buracos negros poderiam formar os imensos halos de “matéria escura” que cercam as galáxias, pensam alguns astrofísicos.
Os pesquisadores queriam saber se podiam distinguir buracos negros primordiais de buracos negros que se formaram a partir de estrelas de nêutrons, os resquícios cintilantes de supernovas deixados para trás quando suas estrelas-mãe explodiram depois de usar todo o seu hidrogênio em reações de fusão nuclear.
Astrofísicos calculara que estrelas menores do que cerca de cinco vezes a massa do Sol colapsam e deixam para trás uma estrela de nêutrons de matéria ultradensa, com aproximadamente a massa do nosso Sol com o formato de uma esfera do tamanho de uma cidade.
Nesta teoria, a intensa gravidade de algumas estrelas de nêutrons teria continuamente atraído partículas de matéria escura e finalmente sua gravidade teria se tornado tão grande que a estrela de nêutrons e a matéria escura teriam colapsado juntas em um buraco negro, sugere o novo estudo.
Uma alternativa proposta pelo estudo é que uma estrela de nêutrons pode ter se atraído e se fundido com um pequeno buraco negro primordial, que então se estabeleceu no centro de gravidade da estrela de nêutrons e se alimentou da matéria circundante até que restasse apenas o buraco negro.
Ondas gravitacionais
Takhistov e seus colegas raciocinaram que os buracos negros transmutados de estrelas de nêutrons teriam que seguir a mesma distribuição de massa das estrelas de nêutrons de onde se originaram, que depende do tamanho de suas estrelas-mãe.
Levando isso em consideração, eles analisaram os dados das cerca de 50 detecções de ondas gravitacionais feitas até o momento e descobriram que apenas duas — GW190425 e GW190814 — envolviam objetos com as massas certas para serem buracos negros primordiais, escreveram os autores do estudo.
A pesquisa não é conclusiva: ainda é possível que essas duas colisões envolvam estrelas de nêutrons com as massas detectadas, ou buracos negros transmutados de estrelas de nêutrons desses tamanhos. Mas a distribuição de massa das estrelas de nêutrons que teoricamente existem no universo torna isso improvável, escreveram os autores.
“Nosso trabalho oferece um teste poderoso para entender sua origem e relação com a matéria escura”, disse Takhistov. “Em particular, este teste demonstra que buracos negros significativamente mais pesados de aproximadamente 1,5 massas solares são muito improváveis de serem buracos negros ‘transmutados’ por interrupções de estrelas de nêutrons.”
E se for esse o caso, isso sugere que buracos negros primordiais podem realmente existir, e que eles podem ser um componente da matéria escura, de acordo com o estudo.
O método se tornará mais preciso à medida que mais detecções de ondas gravitacionais forem feitas, disse Takhistov: “O teste é de natureza estatística, portanto, coletar mais dados permitirá um melhor entendimento.”
// HypeScience
