Pequeno buracos negros primordiais (PBHs) são um dos temas quentes da astronomia e cosmologia hoje. Acredita-se que estes hipotéticos buracos negros se tenham formado logo após o Big Bang, resultantes de bolsas de matéria subatómica tão densas que sofreram um colapso gravitacional. Atualmente, os PBHs são considerados candidatos à matéria escura, uma possível fonte de ondas gravitacionais primordiais e uma resolução para vários problemas da física. No entanto, nenhum candidato definitivo ao PBH foi observado até agora, o que levou a propostas sobre como podemos encontrar estes buracos negros em miniatura.
Uma pesquisa recente sugeriu que estrelas anãs e de nêutrons da sequência principal podem conter pequenos PBHs em seus interiores que estão consumindo lentamente seu suprimento de gás. Em um estudo recenteuma equipe de físicos estendeu essa ideia para incluir um novo caminho para a detecção potencial de PBHs. Basicamente, poderíamos pesquisar dentro de objetos como planetas e asteróides ou empregar grandes placas ou placas de metal para detectar PBHs em busca de sinais de sua passagem. Ao detectar os microcanais que estes corpos deixariam, os cientistas puderam finalmente confirmar a existência de PBHs e lançar luz sobre alguns dos maiores mistérios da cosmologia actual.
A pesquisa foi conduzida por De-Chang Dai, físico da Universidade Nacional Dong Hwa em Taiwan e do Centro de Ensino e Pesquisa em Cosmologia e Astrofísica (CERCA) na Case Western Reserve University, e Dejan Stojkovic, físico da Física e Cosmologia de Altas Energias grupo da Universidade Estadual de Nova York Buffalo. O artigo que detalha suas descobertas apareceu recentemente online e está sendo revisado para publicação na revista Física do Universo Escuro.
Os cientistas são fascinados pelos PBHs há décadas, desde que os cientistas russos Igor D. Novikov e Yakov Zeldovich previram a sua existência em 1966. Eles também foram uma fonte de interesse para Stephen Hawking, cujo trabalho sobre PBHs levou à sua descoberta revolucionária em 1974 de que os buracos negros podem evaporar com o tempo. Embora buracos negros maiores e intermediários demorem mais para evaporar do que a idade atual do Universo (cerca de 13,8 bilhões de anos), PBHs menores podem já ter feito isso ou estar em processo de fazê-lo.
No entanto, o interesse nos PBHs renasceu nos últimos anos porque eles servem como candidatos à matéria escura, uma fonte de ondas gravitacionais primordiais (GWs) e muito mais. Tal como a matéria escura, a sua existência poderia ajudar a resolver alguns dos principais mistérios cosmológicos, mas ainda não foram feitas observações confirmadas. Como De-Chang e Stojkovic disseram ao Universe Today por e-mail, foi isso que os motivou a propor novos métodos de detecção:
“Se um asteróide, ou uma lua, ou um pequeno planeta (planetóide) tiver um núcleo líquido rodeado por uma crosta sólida, então um pequeno PBH consumirá o núcleo líquido denso de forma relativamente rápida (dentro de semanas a meses). A crosta permanecerá intacta se o material for forte o suficiente para suportar o estresse gravitacional. Assim, acabaremos com uma estrutura oca. Se o buraco negro central for ejetado (devido a colisões com outros objetos), a densidade será inferior à densidade normal de um objeto rochoso com núcleo líquido.”
Além disso, De-Chang e Stojkovic calcularam a tensão gravitacional que pequenos PBHs gerariam. Eles então compararam isso com a resistência à compressão dos materiais que constituem a crosta de um planeta – como minerais de silicato (rocha), ferro e outros elementos. Eles também consideraram os materiais manufaturados mais fortes, como os nanotubos de carbono multiwall. “Descobrimos, por exemplo, que o granito pode suportar estruturas ocas até o raio de 1/10 do raio da Terra”, disse Stojkovic. “É por isso que devemos nos concentrar em planetóides, luas ou asteróides.”
Estes cálculos oferecem um meio de procurar evidências de PBHs no espaço e aqui na Terra. Possíveis candidatos a planetóides, luas ou asteróides poderiam ser identificados em nosso Sistema Solar observando sua massa e raio para fornecer estimativas de sua densidade. Isso permitiria aos astrônomos identificar objetos potencialmente ocos para estudos de acompanhamento por sondas, sondas e outras missões espaciais robóticas. Alternativamente, eles recomendam que sensores sejam construídos para procurar PBHs detectando sua passagem. Disse Stojkovic:
“Se um pequeno PBH passar por algum material sólido, ele deixará um longo túnel reto com raio comparável ao raio do PBH. Por exemplo, um 1023 g PBH deve deixar um túnel com raio de 0,1 mícron. (As energias) que tais PBHs podem ter são significativas, mas (as energias) que depositam no material são muito baixas. Na verdade, tal PBH pode até passar através de um corpo humano, e nem perceberíamos porque o tecido do corpo humano tem uma tensão muito baixa.”
Nesse sentido, os cientistas podem procurar microtúneis em materiais comuns que encontramos por aí (como vidro ou pedras). Ao mesmo tempo, dizem De-Chang e Stojkovic, grandes placas de metal polido poderiam ser preparadas para este propósito. Semelhante à detecção de neutrinos, essas placas precisariam ser isoladas para que qualquer mudança repentina em suas propriedades pudesse ser registrada. “O fluxo esperado desses PBHs é muito pequeno e podemos acabar não encontrando nada, mas a possível recompensa de encontrar PBHs será enorme, especialmente porque tais experimentos serão muito baratos”, disse Stojkovic.
Como acrescentou De-Chang, foi proposto nos últimos anos que alguns buracos negros primordiais podem estar escondidos em estrelas. Stephen Hawking certa vez propôs a ideia, que se tornou a base de dois estudos, um lançado em 2019 e outro no ano passado. “Também é proposto que buracos negros primordiais possam irradiar raios gama. Os fortes raios gama no halo de matéria escura da Via Láctea podem ser uma boa pista para a existência de buracos negros primordiais,” disse De-Chang. “A microlente gravitacional pode ser outra forma de identificar os buracos negros primordiais.”
Leitura adicional: arXiv
