Os buracos negros primordiais podem explicar mais de um mistério astronômico.

Uma visualização da fusão de dois buracos negros. Crédito da imagem: Crédito: Caltech / R. Hurt (IPAC)

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A natureza e a origem dos buracos negros e seu papel na evolução do universo ainda intrigam os cientistas. Agora, um novo estudo sugere que a existência de buracos negros desde os primeiros momentos do universo poderia explicar mais de um mistério astronômico. 

O novo estudo sugere que pequenos buracos negros primordiais preencheram o universo inicial logo após o Big Bang, agindo como um acelerador da formação de estrelas e galáxias. Esta teoria por si só não é nova, como foi proposta por Stephen Hawking em 1971. No novo estudo, no entanto, uma equipe de astrônomos mostra como a existência de tais buracos negros primordiais preenche perfeitamente algumas lacunas importantes na compreensão atual do universo. 

Em primeiro lugar, esses buracos negros poderiam explicar a existência e a natureza da matéria escura, a matéria invisível que, de acordo com as estimativas, representa cerca de 85% de toda a matéria do universo. Como eles fizeram isso? Simplesmente, esses buracos negros poderiam ser a matéria escura nunca antes observada, cuja evidência até agora não se materializou, apesar do fato de que o universo como o entendemos não pode existir sem ela.

"Nosso estudo mostra que sem introduzir novas partículas ou uma nova física, podemos resolver os mistérios da cosmologia moderna, desde a natureza da própria matéria escura até a origem dos buracos negros supermassivos", disse Nico Cappelluti, professor assistente de física na Universidade de Miami e co-autor do novo estudo, disse em um comunicado.

A teoria dos buracos negros primordiais, originalmente proposta por Hawking, foi mais tarde abandonada pela visão dominante atual dos buracos negros que nascem após o colapso de estrelas massivas no final de suas vidas. 

Mas as observações e detecções de buracos negros habilitadas nos últimos anos com tecnologia sofisticada mostram que os buracos negros à espreita no universo nem sempre correspondem às expectativas. Alguns buracos negros parecem muito grandes, outros muito pequenos, para o que seria possível se todos eles tivessem se formado apenas a partir do colapso de estrelas massivas. 

"Buracos negros de tamanhos diferentes ainda são um mistério", disse Günther Hasinger, diretor de ciências da Agência Espacial Europeia (ESA) e também co-autor do artigo, no comunicado. "Não entendemos como os buracos negros supermassivos podem ter crescido tanto no tempo relativamente curto disponível desde que o universo existiu."

De acordo com a teoria, os buracos negros existiram desde o início dos tempos, acelerando a formação de estrelas nos primeiros milhões de anos após o Big Bang. Crédito da imagem: ESA

O novo modelo proposto pelos cientistas muda alguns pontos na suposta linha do tempo de evolução do universo. Por exemplo, se os buracos negros primordiais existissem desde o início dos tempos, eles começariam a se fundir mais rapidamente, permitindo-se bastante tempo para crescer até os tamanhos que podem ser detectados hoje. 

A gravidade desses buracos negros também aceleraria a formação das primeiras estrelas e galáxias, pois levaria a um colapso mais rápido das nuvens de poeira e gás que encheram o universo escuro nos primeiros milhões de anos após o Big Bang. Como resultado, essas misteriosas idades das trevas seriam mais curtas e as primeiras estrelas se formariam muito antes.

"Os buracos negros primordiais, se eles existem, podem muito bem ser as sementes das quais todos os buracos negros se formam, incluindo aquele no centro da Via Láctea", Priyamvada Natarajan, professor de astronomia na Universidade de Yale e co-autor do o estudo, disse no comunicado. 

E não são apenas os grandes buracos negros, que são difíceis de explicar. A missão Gaia da ESA, que criou o mapa tridimensional mais detalhado da nossa galáxia, a Via Láctea, produziu evidências de um grande número de buracos negros menores espalhados por toda a galáxia que são pequenos demais para nascer da morte de estrelas gigantes.

Os cientistas podem descobrir em breve se sua teoria está correta. O Telescópio Espacial James Webb, o maior e mais complexo observatório astronômico já construído, está sendo preparado para o lançamento. A decolagem está prevista para não antes de 24 de dezembro.

O objetivo mais importante desta missão é detectar a primeira luz do universo, a das primeiras estrelas que se formaram após o Big Bang. E quando exatamente isso aconteceu vai mostrar qual teoria é mais correta: que os buracos negros existem desde o início dos tempos ou que só começaram a se formar depois que a primeira geração de estrelas morreu.

O novo estudo foi aceito para publicação no Astrophysical Journal e está disponível online no site de pré-impressão Arxiv.

Mais informações:

Nico Cappelluti et al, Exploring the high-redshift PBH-ΛCDM Universe: early black hole seeding, the first stars and cosmic radiation backgrounds. arXiv:2109.08701v1 [astro-ph.CO], arxiv.org/abs/2109.08701

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Referência:

PULTAROVA, Tereza. Black holes may have existed since the beginning of time (and could explain dark matter mystery). Space, 17, dez. 2021. Disponível em: <https://www.space.com/primordial-black-holes-explain-dark-matter-universe-mysteries>. Acesso em: 20, dez. 2021.