doi.org/10.1103/PhysRevD.1
Credibilidade: 989
#Marte
Observar as mudanças na órbita do planeta vermelho ao longo do tempo pode ser uma nova maneira de detectar a matéria escura que está passando.
Em um novo estudo,os físicos do MIT propõem que, se a maior parte da matéria escura do universo for composta de buracos negros primordiais microscópicos, uma ideia proposta pela primeira vez na década de 1970, então essas guerras gravitacionais devem passar pelo nosso sistema solar pelo menos uma vez por década.
Um sobrevoo como esse, preveem os pesquisadores, introduziria uma oscilação na órbita de Marte em um grau que a tecnologia atual poderia de fato detectar.
Essa detecção poderia dar suporte à ideia de que os buracos negros primordiais são uma fonte primária de matéria escura em todo o universo.”
Dadas décadas de telemetria de precisão, os cientistas sabem a distância entre a Terra e Marte com uma precisão de cerca de 10 centímetros”, diz o autor do estudo, David Kaiser, professor de física e professor de história da ciência do Germeshausen no MIT.
“Estamos tirando vantagem dessa região do espaço altamente instrumentada para tentar procurar um pequeno efeito.
Se o virmos,isso contaria como um motivo real para continuarmos a perseguir essa ideia maravilhosa de que toda a matéria escura consiste em buracos negros que surgiram em menos de um segundo após o Big Bang e que estão circulando pelo universo há 14 bilhões de anos.”
Kaiser e seus colegas relatam suas descobertas hoje no Journal Physical Review.
Os coautores do estudo são o autor principal, Tung Tran, de 24 anos, que agora é estudante de pós-graduação na Universidade de Stanford, Sarah Geller, de 12 anos,SM ’17, PhD ’23, que agora é um postdoc na Universidade da Califórnia em Santa Cruz, e MIT Pappalardo Fellow Benjamin Lehmann.
Além das partículas
menos de 20% de toda a matéria física é feita de material visível, desde estrelas e planetas até a pia da cozinha.
O restante é composto de matéria escura, uma forma hipotética de matéria que é invisível em todo o espectro eletromagnético, mas acredita-se que ela permeie o universo e exerça uma força gravitacional grande o suficiente para afetar o movimento das estrelas e galáxias.
Os físicos ergueram detectores na Terra para tentar detectar a matéria escura e descobrir suas propriedades.
Em sua maior parte, esses experimentos presumem que a matéria escura existe como uma forma de partícula exótica que pode se dispersar e decair em partículas observáveis ao passar por um determinado experimento.
Mas, até o momento, essas pesquisas baseadas em partículas não deram resultado.
Nos últimos anos, outra possibilidade, introduzida pela primeira vez na década de 1970, ganhou força: em vez de assumir a forma de uma partícula, a matéria escura poderia existir como buracos negros microscópicos que se formaram nos primeiros momentos após o Big Bang.
Ao contrário dos buracos negros astrofísicos que se formam a partir do colapso de estrelas antigas, os buracos negros primordiais teriam se formado a partir do colapso de bolsas densas de gás no universo muito antigo e teriam se espalhado pelo cosmo à medida que o universo se expandia e esfriava.
Esses buracos negros primordiais teriam colapsado uma quantidade enorme de massa em um espaço minúsculo.
A maioria desses buracos negros primordiais poderia ser tão pequena quanto um único átomo e tão pesada quanto os maioresasteroides.
Seria concebível, então, que esses pequenos gigantes pudessem exercer uma força gravitacional que explicasse pelo menos uma parte da matéria escura.
Para a equipe do MIT, essa possibilidade levantou uma pergunta inicialmente frívola.”
Acho que alguém me perguntou o que aconteceria se um buraco negro primordial atravessasse um corpo humano”, lembra Tung,que fez um cálculo rápido com lápis e papel para descobrir que, se um buraco negro desse tipo atravessasse 1 metro de uma pessoa, a força do buraco negro empurraria a pessoa 6 metros ou cerca de 20 pés para longe em um único segundo.
Tung também descobriu que as probabilidades eram astronomicamente improváveis de que um buraco negro primordial passasse por qualquer lugar próximo a uma pessoa na Terra.
Despertando seu interesse, os pesquisadores levaram os cálculos de Tung um passo adiante, para estimar como o sobrevoo de um buraco negro poderia afetar corpos muito maiores, como a Terra e a Lua.”
Fizemos uma extrapolação para ver o que aconteceria se um buraco negro passasse pela Terra e fizesse a lua oscilar um pouco”, diz Tung.”
Os números que obtivemos não eram muito claros.
Existem muitas outras dinâmicas no sistema solar que poderiam agir como uma espécie de fricção para fazer com que a oscilação diminuísse.”
Encontros próximos
Para obter uma imagem mais clara, a equipe gerou uma simulação relativamente simples do sistema solar que incorpora as órbitas e as interações gravitacionais entre todos os planetas e algumas das maiores luas.”
As simulações de última geração do sistema solar incluem mais de um milhão de objetos, cada um dos quais tem um pequeno efeito residual”, observa Lehmann.
“Mas, mesmo modelando duas dúzias de objetos em uma simulação cuidadosa, pudemos ver que havia um efeito real que poderíamos explorar.”
A equipe calculou a taxa em que um buraco negro primordial deveria atravessar o sistema solar, com base na quantidade de matéria escura que se estima existir em uma determinada região do espaço e na massa de um buraco negro que está passando,que, nesse caso, eles presumiram ser tão massivo quanto os maiores asteroides do sistema solar, consistente com outras restriçõesastrofísicas.”
Os buracos negros primordiais não vivem no sistema solar.
Em vez disso, eles estão fluindo pelo universo, fazendo suas próprias coisas”, diz a coautora Sarah Geller.
“E a probabilidade é que eles estejam atravessando o sistema solar interno em algum ângulo uma vez a cada 10 anos ou mais.”
Dada essa taxa, os pesquisadores simularam vários buracos negros de massa asteroide voando através do sistema solar, a partir de vários ângulos e a velocidades de cerca de 150 milhas por segundo (as direções e velocidades vêm de outros estudos sobre a distribuição da matéria escura em nossa galáxia).
) Eles se concentraram naqueles voos rasantes que pareciam ser “encontros próximos” ou circunstâncias que causavam algum tipo de efeito nos objetos ao redor.
Eles rapidamente descobriram que qualquer efeito na Terra ou na Lua era incerto demais para ser atribuído a um buraco negro específico.
Os pesquisadores descobriram que, se um buraco negro primordial passasse dentro de algumas centenas de milhões de quilômetros de Marte, o encontro daria início a uma “oscilação” ou a um leve desvio na órbita de Marte.
Dentro de poucos anos de tal encontro, a órbita de Marte deveria se deslocar cerca de um metro, uma oscilação incrivelmente pequena, já que o planeta está a mais de 140 milhões de quilômetros da Terra.
E, no entanto, essa oscilação poderia ser detectada pelos vários instrumentos de alta precisão que estão monitorando a Terra hoje.
Se essa oscilação for detectada nas próximas duas décadas, os pesquisadores sabem que ainda será necessário muito trabalho para confirmar que o impulso vem de um buraco negro que está passando, e não de umasteroide comum.”
Precisamos do máximo de clareza que pudermos sobre os antecedentes esperados, como as velocidades e distribuições típicas das rochas do espaço de perfuração, em comparação com esses buracos negros primordiais”, observa Kaiser.
“Felizmente, para nós, os astrônomos têm rastreado as rochas extraordinárias do espaço há décadas, à medida que elas voam pelo nosso sistema solar,Assim, poderíamos calcular as propriedades típicas de suas trajetórias e começar a compará-las com os tipos muito diferentes de caminhos e velocidades que os buracos negros primordiais deveriam seguir.”
Para ajudar com isso, os pesquisadores estão explorando a possibilidade de uma nova colaboração com um grupo que tem grande experiência em simular muitos outros objetos no sistema solar.”
Estamos trabalhando agora para simular um número enorme de objetos, de planetas a luas e rochas, e como todos eles se movem em escalas de tempo longas”, diz Geller.
“Queremos injetar cenários de encontro próximo e observar seus efeitos com maior precisão.”
É um teste muito bom que eles propuseram e poderia nos dizer se o buraco negro mais próximo está mais próximo do que imaginamos”, diz Matt Caplan, professor associado de física da Universidade Estadual de Illinois, que não participou do estudo.”
Devo enfatizar que também há um pouco de sorte envolvida.
O fato de uma pesquisa encontrar ou não um sinal claro e nítido depende do caminho exato que um buraco negro errante percorre no sistema solar.
Agora que eles verificaram essa ideia com simulações, precisam fazer a parte mais difícil, verificando os dados reais.”
Publicado em 18/09/2024 11h22
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