De acordo com a teoria prevalecente do universo inflacionário, logo no início do Big Bang, uma energia misteriosa impulsionou uma expansão exponencial do Universo infantil e produziu toda a matéria conhecida. Essa energia antiga compartilhava características-chave da energia escura do Universo atual. Se você se perguntar: ‘Onde no Universo posterior vemos uma gravidade tão forte quanto era no início do Universo?’ a resposta está no centro dos buracos negros. É possível que o que aconteceu durante a inflação tenha ocorrido ao contrário, a matéria de uma estrela massiva se torne energia escura novamente durante o colapso gravitacional – como um ‘pequeno Big Bang jogado ao contrário’. Novas pesquisas estão fortalecendo a defesa deste cenário com dados recentes do Instrumento espectroscópico de energia escura (DESI).
Uma vista do disco de acreção em torno do buraco negro supermassivo, com estruturas semelhantes a jatos fluindo para longe do disco. A massa extrema do buraco negro curva o espaço-tempo, permitindo que o lado oposto do disco de acreção seja visto como uma imagem acima e abaixo do buraco negro. Crédito da imagem: Laboratório de Comunicação Científica, DESY.
“Se os buracos negros contêm energia escura, podem acoplar-se e crescer com o Universo em expansão, acelerando o seu crescimento”, disse o Dr. Kevin Croker, astrónomo da Universidade Estatal do Arizona.
“Não podemos obter detalhes de como isso está acontecendo, mas podemos ver evidências de que está acontecendo.”
Os dados do primeiro ano do estudo planeado para cinco anos pelo DESI mostram evidências tentadoras de que a densidade da energia escura aumentou com o tempo.
Isto fornece uma pista convincente que apoia esta ideia do que é a energia escura, porque esse aumento no tempo concorda com a forma como a quantidade e a massa dos buracos negros aumentaram ao longo do tempo.
“Quando me envolvi com o projeto, fiquei muito cético”, disse Steve Ahlen, professor da Universidade de Boston.
“Mas mantive a mente aberta durante todo o processo e quando começamos a fazer os cálculos cosmológicos, eu disse: ‘Bem, este é um mecanismo muito bom para produzir energia escura’.”
Para procurar evidências da energia escura dos buracos negros, os astrónomos usaram dezenas de milhões de galáxias distantes medidas pelo DESI.
O instrumento perscruta milhares de milhões de anos no passado e recolhe dados que podem ser utilizados para determinar a rapidez com que o Universo se está a expandir com uma precisão extraordinária.
Por sua vez, estes dados podem ser usados para inferir como a quantidade de energia escura está mudando ao longo do tempo.
Os investigadores compararam estes dados com quantos buracos negros foram produzidos em explosões de grandes estrelas ao longo da história do Universo.
“Os dois fenómenos eram consistentes um com o outro – à medida que novos buracos negros eram criados a partir da morte de estrelas massivas, a quantidade de energia escura no Universo aumentava da maneira certa”, disse o Dr. Duncan Farrah, físico da Universidade de Nova Iorque. Havaí.
“Isso torna mais plausível que os buracos negros sejam a fonte da energia escura.”
A pesquisa complementa um crescente corpo de literatura que estuda a possibilidade de acoplamento cosmológico em buracos negros.
Um estudo de 2023 relatou acoplamento cosmológico em buracos negros supermassivos em centros galácticos.
Esse estudo encorajou outras equipas a procurar o efeito em buracos negros em todos os diferentes locais onde podem ser encontrados no Universo.
“Esses artigos investigam a ligação entre a energia escura e os buracos negros através da sua taxa de crescimento”, disse o Dr. Brian Cartwright, astrofísico da Healthpeak Properties Inc.
“Nosso novo artigo liga os buracos negros à energia escura no momento em que nascem.”
Uma diferença fundamental no novo artigo é que a maioria dos buracos negros relevantes são mais jovens do que os examinados anteriormente.
Estes buracos negros nasceram numa época em que a formação de estrelas – que rastreia a formação de buracos negros – estava bem encaminhada, e não apenas começando.
“Isso ocorre muito mais tarde no Universo e é informado por medições recentes da produção e crescimento de buracos negros, conforme observado com os telescópios espaciais Hubble e Webb”, disse o professor Rogier Windhorst, da Universidade Estadual do Arizona.
“A próxima questão é onde estão estes buracos negros e como se têm movimentado nos últimos 8 mil milhões de anos. Os cientistas estão trabalhando para restringir isso agora”, disse o Dr. Croker.
A ciência exige mais caminhos de investigação e observações, e agora que o DESI está online, esta exploração da energia escura está apenas a começar.
“Isto apenas trará mais profundidade e clareza à nossa compreensão da energia escura, quer isso continue a apoiar a hipótese do buraco negro ou não”, disse o professor Ahlen.
“Acho que como um empreendimento experimental, é maravilhoso. Você pode ter noções preconcebidas ou não, mas somos movidos por dados e observações.”
Independentemente do que essas observações futuras tragam, o trabalho que está a acontecer agora representa uma mudança radical na investigação da energia escura.
“Fundamentalmente, se os buracos negros são energia escura, acoplados ao Universo que habitam, deixou de ser apenas uma questão teórica. Esta é uma questão experimental agora”, disse o professor Gregory Tarlé, da Universidade de Michigan.
O estudar foi publicado no Jornal de Cosmologia e Física de Astropartículas.
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Kevin S. Croker e outros. 2024. A evolução temporal da energia escura do DESI é recuperada por buracos negros cosmologicamente acoplados. JCAP 10:094; doi: 10.1088/1475-7516/2024/10/094
Este artigo foi adaptado de um lançamento original da Universidade de Michigan.
