Cuidado com o buraco negro primordial.
O universo pode estar cheio de pequenos buracos negros antigos. E os pesquisadores podem provar isso.
Esses miniburacos negros do início dos tempos, ou buracos negros primordiais (PBHs), foram concebidos pela primeira vez há décadas. Os pesquisadores os propuseram como uma explicação para a matéria escura, uma substância invisível que exerce uma atração gravitacional em todo o espaço. A maioria das explicações para a matéria escura envolve partículas hipotéticas com propriedades especiais que as ajudam a evitar a detecção. Mas alguns pesquisadores acreditam que enxames de pequenos buracos negros se movendo como nuvens no espaço oferecem uma explicação mais clara. Agora, um novo estudo explica de onde esses PBHs podem ter vindo e como os astrônomos podem detectar os tremores secundários de seu nascimento.
De onde vieram os pequenos buracos negros?
Um buraco negro é uma singularidade, um ponto infinitamente denso no espaço repleto de matéria. Ele se forma quando a matéria fica tão compactada que a força da gravidade sobrepuja todo o resto, e a matéria entra em colapso. Ele distorce o espaço-tempo e se cerca por um “horizonte de eventos”, uma região limítrofe esférica além da qual nenhuma luz pode escapar.
As leis da relatividade geral permitem que os buracos negros existam em qualquer escala; esmague uma formiga com força suficiente e ela entrará em colapso em um buraco negro como uma estrela; será incrivelmente minúsculo.
A maioria das teorias PBH presume que esses objetos têm massas como pequenos planetas, com horizontes de eventos tão pequenos quanto toranjas. É uma ideia estranha, ainda à margem do buraco negro e da física da matéria escura, disse Joey Neilsen, físico da Universidade Villanova que não esteve envolvido no novo estudo. Mas recentemente, como outras teorias de matéria escura se revelaram vazias, alguns pesquisadores deram uma segunda olhada na noção de PBH.
Se os PBHs estão por aí, eles devem ser muito antigos. No universo moderno, existem apenas dois métodos conhecidos para criar novos buracos negros a partir da matéria normal: estrelas muito mais pesadas que o sol colidindo ou explodindo. Portanto, cada buraco negro conhecido pesa mais do que todo o sistema solar (às vezes, muito mais).
Fazer pequenos buracos negros requer todo um outro conjunto de mecanismos e ingredientes.
Esses ingredientes seriam “o material do Big Bang, o mesmo que faz as estrelas e galáxias”, disse Neilsen ao Live Science.
Logo após o Big Bang, o universo recém-expandido estava cheio de matéria quente e densa em grande parte indiferenciada se expandindo em todas as direções. Havia pequenos bolsões de turbulência neste pântano – ainda visíveis como flutuações no Fundo Cósmico de Microondas (CMB), o brilho posterior do Big Bang – e essas flutuações deram a estrutura do universo.
“Se for um pouco mais denso no ponto A, então as coisas são atraídas gravitacionalmente para o ponto A”, disse Neilsen. “E ao longo da história do universo, essa atração faz com que gás e poeira caiam para dentro, se aglutinem, colapsem e formem estrelas, galáxias e todas as estruturas do universo que conhecemos.”
A maioria das teorias PBH envolve flutuações muito intensas no início do universo, mais fortes do que as que formaram galáxias.
Neste novo artigo, os pesquisadores colocam essas flutuações intensas durante um período conhecido como “inflação”. Nos primeiros mil bilhões de bilhões de bilionésimos de segundo após o Big Bang, o universo se expandiu exponencialmente rápido. Essa rápida expansão inicial deu ao espaço-tempo sua atual forma “plana”, acreditam os pesquisadores, e provavelmente evitou que o espaço acabasse curvado, como o Live Science relatou anteriormente.
Em um novo artigo publicado em 20 de novembro no banco de dados arXiv, os pesquisadores propõem que, durante a inflação, pode ter havido momentos em que todo o espaço-tempo foi intensamente curvado, antes de eventualmente se achatar. Essas curtas curvaturas, no entanto, teriam produzido flutuações no universo em expansão intensas o suficiente para eventualmente formar uma grande população de buracos negros de massa terrestre.
Como encontrar os pequenos buracos negros
A maneira mais fácil de provar que essa teoria está correta é procurar por “ondas gravitacionais secundárias” (SGWs) ecoando pelo universo, escreveram os pesquisadores.
Essas ondas, muito mais fracas do que as ondas gravitacionais produzidas pela colisão de buracos negros, iriam ressoar das mesmas perturbações que formaram os PBHs. Eles seriam vibrações sutis no universo, inaudíveis para os detectores atuais. Mas dois métodos futuros podem ser capazes de encontrá-los.
Uma abordagem: matrizes de temporização de pulsar. O espaço está cheio de estrelas de nêutrons giratórias, conhecidas como pulsares, que enviam flashes de energia para a Terra à medida que giram. Os pulsares são como relógios precisos e previsíveis no céu, mas seus sinais podem ser distorcidos por ondas gravitacionais. Uma onda gravitacional secundária passando entre a Terra e um pulsar distorceria o espaço-tempo, fazendo com que o tique-taque do pulsar chegasse um pouco mais cedo ou mais tarde de uma forma que uma matriz de tempo do pulsar poderia detectar.
No entanto, há um problema com este plano: as matrizes de tempo do pulsar dependeriam da detecção precisa dos tiques dos pulsares que emitem ondas de rádio. E um dos detectores de rádio mais importantes do mundo, o gigante Telescópio Arecibo em Porto Rico, foi essencialmente destruído, como relatou o site irmão da Live Science, Space.com.
Mas mesmo que um experimento de sincronização de pulsar de alta qualidade não funcione nos próximos 15 anos, a próxima geração de detectores de ondas gravitacionais deve ser sensível o suficiente para captar essas ondas gravitacionais secundárias, escreveram os autores.
No momento, os detectores de ondas gravitacionais estão enterrados no subsolo, procurando por flutuações no espaço-tempo, medindo as mudanças no tempo de viagem da luz em longas distâncias. Mas outros efeitos – terremotos menores, ondas batendo contra praias distantes e até mesmo coelhos pulando no alto – podem turvar o sinal. Em 2034, a Agência Espacial Europeia planeja lançar o Laser Interferometer Space Antenna (LISA), um detector de ondas gravitacionais com base no espaço muito mais sensível que evita essas armadilhas. E LISA, escreveram os autores, deve ser capaz de captar ondas gravitacionais secundárias.
Tal detecção, eles escreveram, provaria que os PBHs são responsáveis pela maior parte (senão por toda) da matéria escura no universo.
Publicado em 28/11/2020 19h14
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