Ondulações no espaço-tempo podem ter revelado a primeira evidência de pequenos buracos negros nascidos no Big Bang

Ondulações na própria estrutura do espaço e do tempo, chamadas “ondas gravitacionais”, podem ter fornecido a primeira evidência tentadora de pequenos buracos negros nascidos durante o Big Bang. Esses buracos negros primordiais poderiam, por sua vez, ser responsáveis pela maior parte, senão por toda a matéria mais misteriosa do universo, conhecida como matéria escura.

Ao contrário da massa estelar buracos negrosos buracos negros primordiais não nasceram quando eram massivos estrelas morreu, mas sim devido às flutuações na densidade que ocorreram imediatamente após o nascimento do cosmos. Isso significa que podem ser muito menores que os buracos negros de massa estelar, que têm pelo menos a mesma massa de vários sóis. Esses Big BangBuracos negros “não astrofísicos” nascidos podem ter massas tão pequenas quanto a de um asteróide médio ou tão grandes quanto a de um planeta massivo.

No entanto, os buracos negros primordiais permanecem frustrantemente hipotéticos, apesar de terem sido propostos pela primeira vez por Stephen Hawking na década de 1970. Mas agora, o primeiro indício potencial de sua existência surge na forma de um onda gravitacional sinal “ouvido” por último LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), que indicou uma colisão entre dois buracos negros, pelo menos um dos quais tem massa menor que a massa do sol.

“Os buracos negros mais comuns formam-se como resultado de uma supernova, a morte de uma estrela massiva. Portanto, as suas massas podem variar desde algumas vezes a massa do Sol até milhares de milhões de massas solares”, disse Nico Cappelluti, investigador da Universidade de Miami. disse em um comunicado. “Acreditamos que o nosso estudo ajudará a confirmar que eles (buracos negros primordiais) realmente existem.”

Resta a possibilidade de que o sinal de onda gravitacional mencionado acima tenha sido um alarme falso, resultado de interferência ou “ruído” nos enormes braços de laser do interferômetro do LIGO. No entanto, Cappelluti e o seu colega da Universidade de Miami, Alberto Magaraggia, acreditam que o sinal incomum não poderia ser causado por nada além de um buraco negro primordial.

E eles pretendem provar isso.

“Tentamos estimar quantos buracos negros primordiais podem existir no universo e quantos deles o LIGO deveria ser capaz de detectar, e nossos resultados são encorajadores”, disse Magaraggia. “Prevemos que buracos negros subsolares como o que o LIGO pode ter observado deveriam de facto ser raros, consistente com a raridade com que tais eventos foram observados até agora.

“A explicação mais plausível para o sinal LIGO, que carece de qualquer explicação astrofísica convencional, é a deteção de um buraco negro primordial. E a nossa investigação indica que estes buracos negros primordiais podem ser responsáveis por uma porção significativa, se não toda, da matéria escura.”

A matéria escura é um enigma urgente para os físicos porque, apesar de representar 85% da matéria do universo e, portanto, superar a “matéria cotidiana” que compreende estrelas, planetas, luas, asteróides, nossos corpos e tudo o que vemos ao nosso redor em uma proporção de cinco para um, eles não têm ideia do que essa matéria realmente é. Isso ocorre em parte porque, ao contrário das partículas que constituem a matéria cotidiana, a matéria escura não interage com a radiação eletromagnética, a luz para você e para mim. Isso torna-a efetivamente invisível, sendo que os cientistas só conseguem inferir a presença de matéria escura devido à sua interação com gravidade e o efeito indireto que isso tem sobre a luz e a matéria cotidiana.

Na verdade, a influência gravitacional da matéria escura é crucial, pois a gravidade da matéria visível nas galáxias por si só não é suficiente para mantê-las unidas.

As características incomuns da matéria escura levaram os cientistas a procurar além do modelo padrão da física de partículas partículas que pudessem combiná-la. Até agora, esta busca resultou de mãos vazias. Isto levou alguns cientistas a postular que a matéria escura poderia ser parcial ou totalmente explicada pelos buracos negros primordiais. Como todos os buracos negros, os buracos negros primordiais têm massa e, portanto, interagem com a gravidade e são efetivamente invisíveis devido ao fato de serem delimitados por uma superfície que retém luz chamada horizonte de eventos. Isso os torna uma boa opção para a matéria escura.

(Crédito da imagem: Goddard Space Flight Center da NASA)

No entanto, como admitem Cappelluti e Magaraggia, por mais convencidos que estejam de que este sinal misterioso indica a existência de buracos negros primordiais, serão necessárias muito mais provas destes buracos negros não astrofísicos antes que possam ser firmemente ligados à matéria escura.

Com o LIGO, sediado nos EUA, e os seus parceiros detectores de ondas gravitacionais, Virgo, em Itália, e KAGRA, no Japão, preparados para aumentos de sensibilidade e uma futura riqueza de detectores de ondas gravitacionais altamente sensíveis, como o LISA (Laser Interferometer Space Antenna), baseado no espaço, no horizonte, isto poderia ser apenas um caso de esperar que a tecnologia alcançasse a teoria. Mas isso não é novidade. Considerando que as ondas gravitacionais foram previstas pela primeira vez por Einstein em 1915 e a primeira detecção bem-sucedida só foi feita 100 anos depois, em 2015, caçar essas ondulações no espaço-tempo sempre foi um jogo de espera que exigia muita paciência.

“O LIGO recolheu o que é uma evidência muito forte de que estes tipos de buracos negros existem. Mas precisaremos de detectar outro sinal deste tipo, ou mesmo vários outros, para obter a confirmação definitiva de que são reais,” disse Cappelluti. “Mas o que está claro é que não podem ser excluídos como reais.”

A pesquisa da equipe foi aceita para publicação no Astrophysical Journal e está disponível como pré-impressão no repositório de artigos arXiv.

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