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A matéria escura em decomposição ajudou a criar os primeiros buracos negros supermassivos do universo?
Uma nova investigação sugere que os buracos negros supermassivos que existiam antes de o cosmos ter mil milhões de anos podem ter-se formado com a ajuda da matéria escura, a matéria mais misteriosa do Universo.
Desde o Telescópio Espacial James Webb (JWST) começou a reportar dados para a Terra no verão de 2022, tem entregado um problema curioso às mãos dos cientistas, encontrando supermassivos buracos negros já 500 milhões de anos após a Big Bang. Isto é, no entanto, um problema porque os processos de fusão e alimentação que permitem que os buracos negros atinjam massas de milhões de milhares de milhões de vezes a dos o sol deveria levar pelo menos 1 bilhão anos para se concretizar.
Um mecanismo sugerido para o crescimento inicial de buracos negros é o colapso direto de vastas nuvens de gás e poeira para formar imediatamente um buraco negro semente, sem o tempo que leva para uma estrela massiva nascer, viver a sua vida e depois morrer.
No entanto, esse processo ainda exigiria estrelas brilhando sobre essas nuvens de matéria, fornecendo-lhes energia – mas isso é raro. Muito raro para explicar a abundância dos primeiros buracos negros supermassivos vistos pelo JWST. Isto é, a menos que haja outra fonte de energia para ajudar nesse processo.
“Nosso estudo sugere que a matéria escura em decomposição poderia remodelar profundamente a evolução das primeiras estrelas e galáxias, com efeitos generalizados em todo o universo”, disse o líder da equipe, Yash Aggarwal, da Universidade da Califórnia, em Riverside. disse em um comunicado. “Com o JWST revelando agora mais buracos negros supermassivos no universo primitivo, este mecanismo pode ajudar a preencher a lacuna entre a teoria e a observação.”
A matéria escura decai?
A matéria escura é a substância misteriosa que constitui 85% da matéria do cosmos. Continua tão curioso porque não interage com a luz (mais precisamente, com a radiação eletromagnética). Isto não só a torna efetivamente invisível, mas também diz aos cientistas que a matéria escura não pode ser composta de eletrões, neutrões e protões, as partículas que compõem os átomos que constituem as estrelas, os planetas, as luas, os nossos corpos e tudo o que vemos à nossa volta.
Isto estimulou a busca por partículas além do Modelo Padrão da física de partículas. Essas partículas hipotéticas têm uma gama de massas e propriedades possíveis. Isso inclui alguns que passam uns pelos outros como fantasmas, alguns que interagem entre si, trocando energia, e outros que se decompõem em partículas menores, liberando um pouquinho de energia no processo.
Aggarwal e Flip Tanedo, colega da UCR, pensam que seria necessária apenas energia equivalente a um bilhão de trilionésimos da energia de uma única bateria AA para “sobrecarregar” as nuvens de gás primordial, com o decaimento da matéria escura capaz de fornecer isso.
“As primeiras galáxias são essencialmente bolas de gás hidrogênio puro, cuja química é incrivelmente sensível à injeção de energia em escala atômica”, disse Tanedo. “Estas são as propriedades que queremos para um detector de matéria escura – a assinatura destes ‘detectores’ pode ser a dos buracos negros supermassivos que vemos hoje.”
O trabalho da equipe também permitiu determinar uma faixa de massa hipotética entre 24 e 27 elétron-volts para partículas de matéria escura capazes de desencadear a criação de buracos negros de colapso direto que poderiam dar uma vantagem inicial ao crescimento de buracos negros supermassivos. A conclusão da equipa deriva de uma série de coincidências muito felizes que os ajudam a reunir a combinação certa de físicos de partículas, cosmólogos e astrofísicos para formular uma teoria da coincidência cósmica.
“Mostramos que o ambiente certo de matéria escura pode ajudar a tornar muito mais provável a ‘coincidência’ de buracos negros em colapso direto”, disse Tanedo. “Da mesma forma, o apoio ao trabalho interdisciplinar ajudou a tornar possível a ‘coincidência’ que levou a este trabalho.”
A pesquisa da equipe foi publicada nesta terça-feira (14 de abril) no Jornal de Cosmologia e Física de Astropartículas.
