Os astrônomos acham que alguns buracos negros devem ter se formado logo após o Big Bang. Mas ninguém encontrou evidências deles, até agora.

Os buracos negros têm várias variedades, dependendo de como são formados. Os buracos negros convencionais se formam quando as estrelas ficam sem combustível e colapsam sobre si mesmas. Se a estrela tiver massa suficiente, cerca de três a dez vezes a massa do nosso Sol, ela forma um buraco negro.

Impressão artística de dois buracos negros colidindo. Crédito: LIGO / Caltech / MIT / R. Ferido, IPAC

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Outro tipo são os buracos negros supermassivos que ficam no centro de muitas galáxias e são muitos milhões de vezes mais massivos que o nosso sol. Existem muitas evidências de ambos os tipos de buracos negros.

Depois, existem os buracos negros primordiais, objetos muito mais misteriosos que se pensa terem se formado logo após o Big Bang. O pensamento é que flutuações aleatórias na distribuição de massa no início do universo devem ter criado algumas regiões densas o suficiente para formar buracos negros.

No entanto, ninguém sabe se os buracos negros primordiais realmente existem. Os astrônomos simplesmente não foram capazes de reunir as evidências.

Mistério do big bang

Isso está começando a mudar. Em 2016, os astrônomos começaram a operar um detector de ondas gravitacionais chamado LIGO, que pode medir a forma como o universo ressoa quando dois buracos negros distantes colidem. Desde então, eles detectaram 47 colisões entre buracos negros de todos os tipos de massas diferentes. E isso deu a eles um banco de dados interessante para estudar.

Agora, a última análise sugere que mais de um quarto dessas colisões envolveram buracos negros primordiais. “Se confirmados, esses resultados implicariam que a colaboração LIGO/Virgo já poderia ter detectado até 24 buracos negros binários formados no início do universo”, afirma Gabriele Franciolini, da Universidade de Genebra, e colegas, que realizaram a análise dos dados. Esta seria a primeira observação de qualquer buraco negro primordial.

Primeiro, algumas informações básicas. O novo banco de dados de colisões de buracos negros levantou uma série de enigmas. A principal delas é que alguns dos buracos negros observados são grandes demais para se formarem por meio do colapso gravitacional das estrelas. Esses buracos negros devem ter se formado de maneira diferente.

É aí que entram os buracos negros primordiais. A principal diferença entre eles e os formados a partir de estrelas é a gama de massas que podem assumir. Em teoria, esses buracos negros podem ser minúsculos, apenas 10^-8 quilogramas, ou podem ser enormes, muitas vezes a massa do nosso sol.

Mas vários modelos do universo excluem a existência de buracos negros primordiais de certos tamanhos. Por exemplo, o cosmologista britânico Stephen Hawking previu que os buracos negros emitiam radiação e, com o tempo, isso os faria encolher. Nesse caso, qualquer buraco negro nascido logo após o Big Bang com uma massa inferior a cerca de 10^11 kg teria evaporado agora.

Os astrônomos também procuraram por sinais reveladores de que buracos negros primordiais maiores produziriam. Por exemplo, seus campos gravitacionais devem agir como lentes poderosas, ampliando objetos distantes à medida que passam na frente deles.

Eventos de microlente

No entanto, os astrônomos não observaram esses tipos de eventos de “microlente”. Isso não exclui a existência de buracos negros primordiais, mas coloca limites importantes sobre quantos podem haver.

Outro fator importante é quantos buracos negros de origem estelar deveriam existir. Isso depende de quantas vezes eles devem ter se formado ao longo da história do universo. Mais uma vez, existem inúmeras teorias de como isso pode ter acontecido em aglomerados de estrelas, em nuvens de gás e assim por diante.

Para os astrônomos que estudam o conjunto de dados de colisões de buracos negros, o objetivo é levar em consideração todos esses fatores concorrentes para ver quais teorias e restrições são consistentes com os dados e quais não são. Isso acaba sendo uma tarefa difícil, mas o estudo mais recente conseguiu.

Este estudo usa uma técnica estatística poderosa chamada análise Bayesiana. Ele leva em consideração uma ampla gama de teorias sobre como os buracos negros de origem estelar teriam se somado a uma população de buracos negros primordiais do universo primordial.

Desta forma, pode-se mostrar que buracos negros são tão comuns que a formação estelar não pode ser responsável por todos eles. Portanto, deve haver uma população significativa de buracos negros primordiais também. “A evidência de uma população primordial é decisivamente favorecida em relação à hipótese nula”, afirma a equipe.

Esse é um resultado interessante, até porque os buracos negros primordiais podem ser capazes de ajudar em outro mistério importante. É que o universo parece estar cheio de matéria escura que não podemos ver, mas que, no entanto, exerce uma atração gravitacional sobre as coisas que podemos ver.

Ninguém sabe do que é feita a matéria escura, mas uma teoria é que os buracos negros primordiais poderiam ser responsáveis ??por essa massa. A nova evidência de que os buracos negros primordiais existem ajudará os astrofísicos na procura de candidatos à matéria escura para aprimorar suas pesquisas.

No entanto, o caso dos buracos negros primordiais ainda não está completo. “Nossos resultados sugerem a possibilidade tentadora de que o LIGO/Virgo já tenha detectado buracos negros formados após a inflação”, afirma a equipe.

Pode ser tentador, mas ainda não é certo. Os astrofísicos precisarão de mais dados para ter certeza e, para isso, terão que esperar pela próxima geração de detectores de ondas gravitacionais que estão sendo projetados atualmente.

Referência: Evidence for Primordial Black Holes in LIGO/Virgo Gravitational-Wave Data: arxiv.org/abs/2105.03349

Fonte: Astronomy