(Imagem: © ESO / L. Calçada)
Existem buracos negros monstruosos e existem SLABS.
Qual o tamanho dos buracos negros? Uma equipe de cientistas agora sugere que os buracos negros podem atingir o que eles chamam de tamanhos “estupendamente grandes”, cada um abrigando a massa de 100 bilhões de sóis ou mais.
Descobrir esses buracos negros gigantescos pode lançar luz sobre a natureza de uma fração significativa da misteriosa matéria escura que compõe quatro quintos da matéria no universo, disseram os pesquisadores.
No centro da maioria, senão de todas, as galáxias são buracos negros supermassivos com massas que são milhões a bilhões de vezes a do Sol da Terra. Por exemplo, no coração da nossa galáxia, a Via Láctea, está Sagitário A *, que tem cerca de 4,5 milhões de massas solares.
Atualmente, o maior buraco negro conhecido, alimentando o quasar TON 618, tem uma massa de 66 bilhões de massas solares. O enorme volume da TON 618 levou os cientistas a especular se existem ou não buracos negros ainda maiores e se há algum limite superior para seus tamanhos.
Um buraco negro verdadeiramente gigante
No novo estudo, os pesquisadores apelidaram os buracos negros de 100 bilhões de massas solares em tamanho ou maiores – maiores do que qualquer um atualmente visto – “buracos negros estupendamente grandes”, ou SLABs. Embora eles notaram que atualmente não há evidências de que buracos negros estupendamente grandes sejam reais, eles notaram que buracos negros supermassivos quase desse tamanho existem.
“É surpreendente que pouca atenção tenha sido dada à possível existência de buracos negros estupendamente massivos até agora, porque eles poderiam existir em princípio”, disse o co-autor do estudo Florian Kühnel, cosmologista teórico da Ludwig Maximilian University em Munique, ao Space.com .
Uma questão chave quando se trata de buracos negros estupendamente grandes é se eles poderiam se formar em primeiro lugar. No entanto, muito permanece incerto sobre como até buracos negros supermassivos regulares nascem.
A suposição convencional é que os buracos negros supermassivos no coração das galáxias se formaram à medida que buracos negros menores se fundiram e engoliram matéria ao seu redor. No entanto, pesquisas anteriores descobriram que este modelo enfrentou desafios quando se trata de explicar como os buracos negros poderiam ter alcançado tamanhos supermassivos quando o universo tinha apenas alguns bilhões de anos, coautor do estudo Bernard Carr, cosmólogo teórico da Queen Mary University of London, disse à Space.com.
Origens primordiais?
Outra maneira de explicar como buracos negros supermassivos regulares e buracos negros possivelmente estupendamente grandes formaram dobradiças nos chamados buracos negros primordiais, Carr explicou. Trabalhos anteriores especularam que dentro de um segundo após o Big Bang, flutuações aleatórias de densidade no universo recém-nascido quente e em rápida expansão podem ter concentrado bolsões de matéria o suficiente para entrarem em colapso em buracos negros. Esses buracos negros primordiais poderiam ter servido como sementes para que buracos negros maiores se formassem posteriormente.
Se buracos negros primordiais existem, eles podem ajudar a explicar o que é a matéria escura. Embora se acredite que a matéria escura constitua a maior parte da matéria do universo, os cientistas não sabem do que essa coisa estranha é feita, pois os pesquisadores ainda não a viram; atualmente, ele só pode ser estudado por meio de seus efeitos gravitacionais na matéria normal. A natureza da matéria escura é atualmente um dos maiores mistérios da ciência.
“Tem havido muito interesse em saber se os buracos negros primordiais de massa modesta poderiam fornecer a matéria escura”, disse ao Space.com o co-autor do estudo Luca Visinelli, astrofísico de partículas da Universidade de Amsterdã.
Uma maneira de detectar buracos negros estupendamente grandes é por meio de lentes gravitacionais. De acordo com a teoria da relatividade geral de Albert Einstein, quanto maior a massa de um objeto, mais ele distorce o espaço-tempo em torno de si mesmo e, portanto, mais forte é a atração gravitacional do objeto. A gravidade também pode dobrar a luz, de modo que objetos vistos através de poderosos campos gravitacionais, como os produzidos por buracos negros, são lidos. Os pesquisadores disseram que um trabalho recente se concentrou em encontrar efeitos de lentes gravitacionais em corpos menores, mas sugeriram que essa pesquisa também poderia procurar buracos negros estupendamente grandes.
Outra maneira de detectar buracos negros estupendamente grandes é por meio dos efeitos que eles teriam em seu ambiente, como galáxias que distorcem gravitacionalmente. Esses buracos negros também podem gerar calor, luz e outras radiações, pois consomem matéria que os astrônomos podem detectar.
Além dos buracos negros primordiais, outro candidato potencial para a matéria escura são as chamadas partículas massivas de interação fraca (WIMPs). Se WIMPs existissem, eles seriam invisíveis e amplamente intangíveis, mas pesquisas anteriores sugeriram que se dois WIMPs colidissem, eles se aniquilariam e gerariam raios gama, fornecendo aos cientistas uma maneira de localizá-los indiretamente. A poderosa atração gravitacional de buracos negros estupendamente grandes reuniria um halo de WIMPs ao redor deles, e os raios gama de alta energia que poderiam resultar da aniquilação de WIMP poderiam ajudar os cientistas a descobrir buracos negros estupendamente grandes, disse Visinelli.
Em suma, “sabemos que os buracos negros existem em uma vasta gama de massas, então é natural perguntar se existe algum limite superior natural”, disse Carr. “Algumas pessoas podem ser céticas sobre a existência de SLABs com o fundamento de que seriam difíceis de formar. No entanto, as pessoas também eram céticas sobre buracos negros de massa intermediária e supermassivos até serem encontrados. Não sabemos se SLABs existem, mas esperamos que nosso artigo motive a discussão entre a comunidade. ”
Os cientistas detalharam suas descobertas on-line em 18 de agosto no banco de dados de pré-impressão arXiv e enviaram o estudo para revisão formal por pares.
Publicado em 19/09/2020 00h55
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