Uma parte considerável da matéria do universo pode ser composta por buracos negros microscópicos desde os primórdios do tempo – e eles podem estar devorando estrelas de dentro para fora, sugere um novo estudo.
A pesquisa busca resolver o mistério da matéria escura, uma entidade elusiva que se pensa compor 85% da massa do universo, mas que não interage com a luz e é efetivamente invisível. Embora a natureza dessa matéria escura elusiva permaneça um quebra-cabeça, não faltam ideias. Uma sugestão intrigante é que ela seja composta por buracos negros primordiais (PBHs). Em um novo estudo publicado no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, cientistas investigaram o efeito dos PBHs quando são envolvidos na formação de estrelas.
Muitos buracos negros se formam quando estrelas massivas morrem. No rescaldo das explosões de supernovas, a matéria é compactada tão densamente que sua gravidade supera a força externa da explosão, às vezes fazendo com que o núcleo da estrela anterior entre em colapso e se torne um buraco negro. Durante a década de 1960, os cientistas perceberam que os buracos negros também poderiam se formar diretamente a partir de regiões extremamente compactas de matéria nos primeiros segundos após o Big Bang. Esses buracos negros primordiais podem variar desde a massa de uma partícula de poeira até milhares de vezes a massa de nosso sol. Embora haja muitas perguntas sem resposta sobre os PBHs, os cientistas acreditam que eles poderiam compor uma parte da massa ausente no universo.
A primeira detecção de ondas gravitacionais pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser e seu homólogo, o interferômetro Virgo, criou novas possibilidades para estudar esses buracos negros primordiais, disse o autor principal do estudo, Nicolas Esser, físico teórico da Université Libre de Bruxelles, em um e-mail.
Esser e seus coautores investigaram o que acontece quando os PBHs com a massa de um grande asteroide interagem com as gigantescas nuvens de gás onde as estrelas se formam. Eles descobriram que os PBHs desse tamanho, que concentram sua massa em um espaço não maior do que uma gota de neblina, podem ser capturados pela atração gravitacional das estrelas em formação.
Alguns desses PBHs terão órbitas que os levam diretamente através da estrela em formação; cada vez que isso acontece, o buraco negro perde um pouco de velocidade devido ao atrito. Após muitas passagens pelo interior cada vez mais denso da estrela recém-nascida, os buracos negros microscópicos eventualmente ficam capturados dentro da estrela.
Estrelas que capturam um PBH dessa maneira não vivem uma vida normal. O buraco negro começa a consumir a estrela de dentro para fora, alimentando-se do hidrogênio que a alimenta e suporta a fusão nuclear no núcleo.
É “muito provável” que uma nuvem turbilhonante de gás que se espirala em direção ao buraco negro, chamada de disco de acreção, se forme a partir do material estelar, disse Esser. Se todo esse material cair no buraco negro ou causar uma explosão ainda não se sabe, mas isso poderia “levar a assinaturas diretas de PBHs que potencialmente poderiam ser detectadas”, disse Esser.
O resultado desse canibalismo cósmico: destruição, especialmente entre as estrelas mais antigas com cerca de 80% da massa de nosso próprio sol. Esser ficou surpreso ao descobrir que a probabilidade de destruição nesse tamanho era muito maior do que para estrelas menores. Isso levaria a um déficit de estrelas mais antigas e maiores em galáxias onde os PBHs provavelmente existem. Isso, por sua vez, ajudaria a explicar a matéria escura porque “estrelas infectadas são transformadas em buracos negros virtualmente invisíveis.”
O melhor lugar para procurar por esse déficit está em galáxias anãs ultra fracas. Segundo Esser, ter estrelas suficientes consumidas por buracos negros para serem detectadas “requer uma alta densidade de matéria escura” e que os PBHs se movam lentamente através de sua galáxia hospedeira para serem capturados por estrelas em formação. “Com base em nossas observações e modelos, essas condições atualmente só são encontradas em galáxias anãs ultra fracas.”
As observações devem ser capazes de determinar os números e idades das estrelas nessas galáxias anãs fracas.
“Os telescópios espaciais Hubble e James Webb são ambos capazes [de detectar] esse efeito. Atualmente, estamos analisando a possibilidade de que o telescópio Euclid também seja capaz de detectá-lo”, disse Esser. Se o número de estrelas mais antigas e maiores for o esperado, isso ajudaria os cientistas a descartar esses PBHs de massa de asteroides como matéria escura.
Mas se não houver tantos quanto o esperado, isso seria emocionante. “Um déficit de estrelas mais antigas em galáxias anãs ultra fracas claramente seria uma pista de que a matéria escura poderia ser feita de PBHs de massa de asteroide”, disse Esser, enquanto alertava que poderia haver outras explicações. Uma descoberta como essa poderia oferecer evidências tentadoras para os PBHs e também ajudar a explicar do que parte da elusiva matéria escura do universo pode ser feita.
