A teoria de que a matéria escura pode ser feita de buracos negros primordiais com uma fração de milímetro de tamanho foi descartada por uma equipe de pesquisadores liderada pelo Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo (Kavli IPMU).
Em 1974, o físico Stephen Hawking descreveu como os buracos negros primordiais poderiam ter se formado na fração de segundo após o Big Bang. Buracos negros primordiais podem ter massas que variam de um pontinho minúsculo a 100.000 vezes o nosso sol. Em contraste, os buracos negros supermassivos detectados por observações astronômicas começaram a se formar pelo menos centenas de milhares de anos depois e são milhões ou bilhões de vezes maiores que o nosso sol. Como os buracos negros primordiais de qualquer tamanho não foram detectados, eles têm sido um candidato intrigante para a matéria escura indescritível.
Até onde sabemos atualmente, a matéria bariônica representa apenas 5% de toda a matéria do universo. O restante é matéria escura (27%) ou energia escura (68%), as quais ainda não foram fisicamente detectadas. Mas os pesquisadores estão confiantes de que a matéria escura existe porque podemos ver seu efeito em nosso universo. Sem a força gravitacional da matéria escura, as estrelas da nossa Via Láctea estariam se afastando.
Para testar a teoria de que buracos negros primordiais, especificamente aqueles com massa da lua ou menos, poderiam ser matéria escura, os pesquisadores Masahiro Takada, Naoki Yasuda, Hiroko Niikura e colaboradores do Japão, Índia e EUA pesquisaram esses minúsculos buracos entre a Terra e a Galáxia de Andrômeda, a galáxia vizinha mais próxima da Via Láctea, a 2,5 milhões de anos-luz de distância.
“O que me interessou neste projeto foi o tremendo impacto que teria na descoberta da natureza da matéria escura”, diz Niikura. “Descobrir buracos negros primordiais seria uma conquista histórica. Mesmo um resultado negativo seria uma informação valiosa para os pesquisadores reunirem o cenário de como o universo começou”.
Para procurar buracos negros, a equipe usou o efeito de lente gravitacional. As lentes gravitacionais foram explicadas pela primeira vez por Albert Einstein, que disse que era possível que uma imagem de um objeto distante, como uma estrela, fosse distorcida devido ao efeito gravitacional de um objeto maciço entre a estrela e a Terra. A gravidade do objeto massivo poderia agir como uma lente de aumento, dobrando a luz da estrela e fazendo-a parecer mais brilhante ou distorcida para os observadores humanos na Terra.
Como uma estrela, um buraco negro e a Terra estão constantemente se movendo no espaço interestelar, uma estrela gradualmente se torna mais brilhante e depois mais escura para os observadores da Terra, à medida que se move pelo caminho de uma lente gravitacional. Assim, os pesquisadores capturaram 190 imagens consecutivas de toda a galáxia de Andrômeda, graças à câmera digital Hyper Suprime-Cam no telescópio Subaru, no Havaí. Se a matéria escura é feita de buracos negros primordiais e, nesse caso, mais leves que a lua, os pesquisadores esperavam encontrar 1.000 microlentes gravitacionais. Eles calcularam essa estimativa assumindo que a matéria escura em todo o halo da galáxia é composta de buracos negros primordiais e levando em consideração o número de estrelas na galáxia de Andrômeda que poderiam ser afetadas por um buraco negro primordial e, finalmente, as chances de seu equipamento capturando um evento gravitacional de microlentes.
O telescópio fotografou 90 milhões de estrelas. Levou dois anos para a equipe filtrar todos os eventos de ruído e lentes não gravitacionais dos dados. No final, eles conseguiram identificar apenas uma estrela que brilhava e depois escurecia – sugerindo um possível buraco negro primordial – o que significa que é improvável que elas constituam toda a matéria escura.
Mesmo assim, Niikura explica que ainda há muito a aprender sobre os buracos negros primordiais. Os pesquisadores haviam desmascarado a teoria apenas para uma massa específica: buracos negros com massa semelhante ou menor que a lua. Estudos anteriores descartaram outras massas ou até que ponto elas poderiam explicar a matéria escura. Mas ainda há uma chance de que buracos negros primordiais de tamanhos variados possam estar lá fora. A abordagem analítica desenvolvida pela equipe de Kavli poderia ser usada em futuros estudos primordiais de buracos negros, incluindo a tentativa de determinar se os buracos negros descobertos pelo Observatório Gravitacional de Ondas por Interferômetro a Laser (LIGO) nos EUA poderiam ser de fato primordiais.
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