O universo poderia abrigar buracos negros menores do que átomos – e eles podem ter deixado suas impressões digitais na lua.
Cerca de 14 bilhões de anos atrás, quando o relógio do universo começou a funcionar, o espaço ainda era um pacote apertado, escaldante e frenético de coisas cósmicas. As estrelas ainda não tinham brilhado, os planetas ainda não haviam nascido e as partículas instáveis de todas as formas e tamanhos giravam aleatoriamente.
Foi o caos.
Mas em algum lugar em meio à ilegalidade, entre espirais de poeira estelar, alguns bolsões minúsculos, instáveis e hiper-densos de matéria flamejante podem ter entrado em colapso. E se o fizessem, os cientistas acreditam que teriam pontilhado o universo primitivo com aglomerados de buracos negros ainda menores do que átomos.
Não deixe que essas pequenas esferas da desgraça o enganem. Um buraco negro com metade do tamanho de uma bola de golfe teria uma massa equivalente à da Terra. Mesmo buracos negros microscópicos, com massas comparáveis a asteróides, teriam sugado e destruído tudo incessantemente ao longo de seu caminho.
Lentamente, à medida que o universo progredia, enxames deles teriam visto sistemas planetários subir e descer, e bilhões de anos atrás há uma boa chance de que eles teriam até mesmo passado zunindo pelo nosso canto do cosmos. Eventualmente, esses miniburacos negros teriam se afastado um do outro. Mas se eles existissem, os especialistas acham que ainda estariam vagando dentro e ao redor das galáxias neste segundo.
Eles são, acreditam os cientistas, nossa mais nova pista sobre a matéria escura – talvez o maior mistério do universo.
As missões de matéria escura que esperam desvendar a partícula ou força estranha e invisível que de alguma forma une o cosmos geralmente chegam a uma parede. Resolver o quebra-cabeça requer, bem, na verdade … encontrar matéria escura.
Portanto, para garantir que essa hipótese inovadora não seja um beco sem saída, precisaríamos localizar versões em miniatura invisíveis de buracos negros. Mas como? Já temos problemas suficientes para encontrar os supermassivos e visíveis com equipamentos de alta tecnologia feitos sob medida para a busca.
É aí que entra a lua.
“Há uma estimativa engraçada que você pode fazer”, diz Matt Caplan, professor assistente de física da Universidade Estadual de Illinois e um dos teóricos por trás da pesquisa publicada em março. Caplan afirma que se a matéria escura pode de fato ser explicada por esses minúsculos buracos negros, então, em algum ponto, eles teriam perfurado a lua.
Sim, você leu corretamente: a lua pode ter sido bombardeada por buracos negros de tamanho atômico. Dando um passo adiante, as feridas que eles infligiram ainda deveriam estar lá em cima; se for provado que esses mini-abismos existem, a matéria escura pode não ser mais um enigma eterno.
Ah, e já que estamos no assunto, a Terra pode ter sido atingida por eles também.
Mas, realmente, o que é matéria escura?
“Uma descrição mais precisa seria matéria transparente”, diz Almog Yalinewich, um físico teórico do Instituto Canadense de Astrofísica Teórica, que é co-autor do artigo com Caplan. “Não interage com a luz, não reflete luz, não produz luz.”
A energia escura, responsável por acelerar a expansão do universo, responde por 68% do cosmos. A matéria escura, que o retarda, detém 27%. Isso significa que menos de 5% do universo é visível, energia e matéria padrão com as quais estamos acostumados na Terra.
Mas, embora não possamos ver a matéria escura, ela não é astuta o suficiente para disfarçar seus efeitos. Foi assim que os cientistas descobriram que o material oculto existe. Sarah Shandera, professora associada de física da Universidade Estadual da Pensilvânia e diretora do Instituto de Gravitação e o Cosmos, diz que a forma como os corpos astrofísicos se movem no universo prova que a matéria escura se esconde lá fora.
“Você olha para os movimentos de estrelas e galáxias, ou aglomerados de galáxias, e percebe o que podemos inferir sobre a massa que está lá, que está emitindo luz visível ou qualquer tipo de radiação eletromagnética”, disse ela. “Não é o suficiente para explicar o movimento dos objetos – parece que há muito mais matéria ali.”
Em outras palavras, os astrônomos suspeitam que a matéria escura está fazendo o universo se esticar muito mais rápido do que seus cálculos prevêem. Shandera também enfatiza a quantidade esmagadora de evidências adicionais para apoiar a onipresença da força.
Sua invisibilidade é o único problema.
Mas lembre-se, o material sorrateiro deixa impressões digitais – se um micro buraco negro realmente atingisse a lua, como Caplan e Yalinewich propõem, notaríamos os efeitos da colisão. A destruição, dizem eles, produziria pequenas crateras de alguns metros de largura com formas e propriedades diferentes dos impactos clássicos de asteróides.
Assim, Caplan e Yalinewich argumentam que se estudarmos a lua e encontrarmos crateras que se enquadrem na descrição de um impacto de um buraco negro em miniatura, provaremos a existência desses minúsculos buracos negros primitivos do universo (“primordial”).
Uma advertência à teoria, de acordo com Shandera, é que os astrônomos ainda não estão estudando o tipo de flutuações superpequenas do universo inicial necessárias para criar buracos negros primordiais e microscópicos. Em vez disso, eles estudam essas perturbações em escalas maiores, porque há mais pesquisas para apoiar o tamanho maior.
Ela também observa que a noção de buracos negros primordiais, microscópicos ou não, tem algumas lacunas a serem preenchidas.
“Eles parecem muito legais, mas você não fica aliviado do fardo de dizer, ‘De onde vieram essas coisas, por que estão lá?'”, Diz ela. “E essa é uma pergunta realmente difícil e interessante que não acho que tenha uma resposta muito boa.” Embora, como os estudos de matéria escura sejam todos preliminares, ela admite que a teoria de Caplan e Yalinewich tem algum fundamento.
“Não parece se encaixar facilmente na estrutura que temos”, disse ela. “Mas talvez nós tenhamos a estrutura errada.”
Explorando a ciência dos buracos negros microscópicos
A ambiciosa teoria foi concebida há três anos, quando Caplan fez uma pergunta simples a Yalinewich: Você pode dizer, apenas pelo formato de uma cratera, se ela foi formada por um impacto regular ou por um objeto compacto, como um buraco negro?
“Na época eu não tinha uma resposta”, disse Yalinewich. “Dois anos depois disso, de repente me ocorreu.”
Ele percebeu que a variação está em como a matéria espirra quando algo cai dentro dela. Se jogássemos uma moeda de um centavo em uma mesa de talco para bebês, partículas de poeira subiriam e cairiam ao redor da borda da moeda. As crateras funcionam da mesma maneira – asteróides que avançam em direção à lua formam uma colina que se estreita ao redor do local do impacto, dando à cratera resultante sua aparência de valle característica.
“Como os buracos negros são perfurados, eles não depositam toda a sua energia na superfície – eles depositam energia ao longo de uma faixa”, disse Caplan. “Isso seria como perfurar um poço, enchê-lo com uma coluna de dinamite e depois ativá-la.”
Embora ainda se pareçam com as crateras redondas com as quais estamos familiarizados, a colina ao redor da borda da cratera muda. Chamado de manta de ejeção, seria mais íngreme e alto. O buraco negro também criaria um ferimento de saída, como uma bala, em algum lugar do outro lado da lua.
De acordo com Yalinwiche, a equipe calcula a magnitude desses buracos negros na faixa de 10 ^ 17 a 10 ^ 23 gramas. Eles dizem que buracos negros um pouco menores emitem ondas detectáveis de raios-X – ou eles desaparecem completamente. “É por isso que nosso artigo é significativo”, disse Yalinewich. “Provamos uma gama que não pode ser comprovada por outros métodos.”
Mas não é apenas a lua que poderia ter sido atingida.
“Em princípio, não há nada de especial na lua – a única razão pela qual invocamos a lua é porque ela é bem estudada”, diz Yalinewich. “Algumas das luas de Netuno e Júpiter, ou Mercúrio, podem ser boas candidatas.”
Embora esses buracos negros assustadoramente pequenos também pudessem ter se chocado com a Terra primitiva, muito antes dos humanos existirem, a atmosfera do nosso planeta a teria protegido do impacto do impacto. A erosão na superfície da Terra provavelmente teria apagado todos os dados de uma possível colisão, de acordo com Caplan.
Isso significa que, como nossa atmosfera ainda está intacta – a menos que a mudança climática tenha outro futuro reservado para o planeta – a Terra continua a salvo de pequenos buracos negros. De qualquer forma, os pesquisadores sugerem que esses corpos astrofísicos bebês estariam tão espalhados agora que a probabilidade de um deles nos impactar não é motivo de preocupação.
Uma viagem à lua
Caplan e Yalinewich recomendam uma medida de apoio para reforçar sua teoria única: revisitando a lua.
Eles dizem que porque esses buracos negros têm um impacto gravitacional hiperintenso – incompreensível para a mente humana – eles teriam atingido a lua com força suficiente para alterar as propriedades da matéria ao seu redor. As bombas nucleares se comportam de maneira semelhante. O primeiro notoriamente transformou em vidro toda a areia próxima ao local de detonação.
“Você poderia procurar por poeira de diferentes fases de quartzo e silicatos que não seria capaz de produzir [de outra forma]”, disse Caplan. “Rock se chocando contra pedra não fica tão quente.”
Mas encontrar esses materiais alterados exigiria que os astronautas devolvessem amostras da superfície lunar ou enviassem uma sonda para a lua que pode amostrar rochas, semelhante à forma como os robôs de Marte funcionam. A NASA não enviou ninguém à lua desde os anos 70, mas tem tentado ir novamente nesta década com as missões Artemis.
Antes que tudo isso possa ser colocado em movimento, no entanto, Caplan diz que o primeiro passo é usar supercomputadores e analisar estruturas de crateras na lua daqui da Terra. Mesmo assim, Yalinewich ressalta que pretende convidar um ângulo renovador para a comunidade científica.
“Quando as pessoas pensam sobre a matéria escura, geralmente ficam fixadas em … tentar estender os métodos existentes, na maior parte”, diz ele. “É muito raro que as pessoas tentem pensar fora da caixa.”
Teorias de matéria escura existentes e além
Bem-vindo à festa da matéria escura.
A teoria de Caplan e Yalinewich é apenas uma entre a infinidade de ideias que os físicos têm para explicar o fenômeno. Só podemos imaginar que novas idéias ainda estão por alterar e colocar uma nota de rodapé na crônica épica.
Por exemplo, o astrofísico Sergio Martin-Alvarez, do Instituto Kavli de Astrofísica da Universidade de Cambridge, destaca algumas partículas candidatas frequentemente empregadas para explicar o fenômeno instável.
Além de pequenos objetos astrofísicos, incluindo os buracos negros microscópicos propostos pela pesquisa de Caplan, ele diz que tem falado em algo chamado WIMPS, ou partículas massivas de interação fraca que se acredita serem até 1.000 vezes mais pesadas do que os prótons.
Observando que o hype em torno do WIMPS diminuiu ao longo dos anos porque eles ainda não foram detectados, ele também apresenta dois outros contendores: axions e neutrinos. Infelizmente, os neutrinos, de acordo com Martin-Alvarez, podem ser muito enérgicos para explicar a matéria escura, mas os axions estão atualmente na linha de frente das pesquisas.
“Embora as pessoas defendam separadamente cada um desses candidatos diferentes, cada um parece ser um pouco forçado individualmente”, diz ele. “Pessoalmente, sou fã de todos eles em diferentes graus … ou, alternativamente, de que estamos perdendo uma grande parte da imagem.”
Shandera também tem trabalhado em novos candidatos para a matéria escura. Ela acredita que o estudo de propriedades únicas dos buracos negros que podemos detectar pode revelar que alguns foram formados pela substância secreta.
Sua teoria se baseia em que a matéria escura tem seu próprio modelo químico, semelhante ao modelo padrão amplamente aceito para a matéria normal. Se isso for verdade, a matéria escura seria capaz de se combinar para formar átomos, se resfriar e participar de outras reações; ele poderia, teoricamente, colapsar em um buraco negro também.
“Se a matéria escura pode esfriar”, diz ela, “se tiver algo como hidrogênio, então a matéria escura também pode, em algumas regiões, formar objetos compactos.”
Os buracos negros que surgem da matéria escura seriam menores do que o limite inferior que os cientistas colocam em seu tamanho. É o chamado limite de Chandrashekar. Mas como esse limite normalmente depende da massa de um próton, Shandera diz, “se você tem um modelo de matéria escura que se parece muito com o modelo padrão – mas o próton é mais pesado – os buracos negros podem ser menores; é inversamente relacionado.”
Embora encontrar um buraco negro de submassa seja o Santo Graal para seu trabalho, ela diz que encontrar as implicações de um potencial buraco negro de matéria escura também seria suficiente. Essas podem ser as consequências dos processos de resfriamento no escuro.
“O que é interessante nisso”, diz ela, “é que se você continuar sem encontrar algo, é uma forma complementar de restringir a natureza da matéria escura.”
Essencialmente, é um processo de eliminação.
Mas mesmo que nunca possamos encontrá-lo, e não sejam buracos negros de tamanho atômico se chocando contra a lua, o propósito da matéria escura viverá até o fim do universo. Até então, o cosmos continuará a avançar ao longo de sua linha do tempo linear.
E um dia, muito depois de a humanidade morrer, todas as suas estrelas morrerão; cada planeta deixará de existir; e os buracos negros não mais aterrorizarão o vácuo do espaço. E esses carrapatos se tornarão tão invisíveis quanto o próprio material evasivo.
Publicado em 26/11/2021 16h41
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