Conceito De Arte De Buracos Negros Primordiais Em Miniatura ilustração
Publicidade

Uma pesquisa recente explora o potencial do Telescópio Espacial Romano Nancy Grace para detectar buracos negros primordiais com a massa da Terra, uma classe teórica de buracos negros que se acredita ter se formado durante a rápida inflação do universo primitivo. Estas descobertas podem confirmar as teorias da inflação cósmica e sugerir que os buracos negros primordiais contribuem para a matéria escura, impactando profundamente a nossa compreensão da formação de galáxias e da história do Universo. Crédito: SciTechDaily.com

Novos estudos sugerem que Nancy Grace Telescópio Espacial Romano poderia detectar buracos negros primordiais do universo primitivo, confirmando potencialmente o seu papel na inflação cósmica e como componentes da matéria escura.

Quando os astrofísicos observam o cosmos, eles veem diferentes tipos de buracos negros. Eles variam de buracos negros supermassivos gigantescos com bilhões de massas solares a buracos negros de massa intermediária (IMBHs) difíceis de encontrar, até buracos negros menores de massa estelar.

Mas pode haver outra classe destes objetos: buracos negros primordiais (PBHs) que se formaram no Universo primitivo. Se existirem, o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman deverá ser capaz de localizá-los.


O conceito deste artista adota uma abordagem fantasiosa para imaginar pequenos buracos negros primordiais. Na realidade, esses pequenos buracos negros teriam dificuldade em formar os discos de acreção que os tornam visíveis aqui. Crédito: NASACentro de Voo Espacial Goddard

Formação de Buracos Negros

Buracos negros de massa estelar se formam quando estrelas massivas explodem como supernovas. Os SMBHs crescem ao longo do tempo, fundindo-se com outros buracos negros. A forma como os IMBHs se formam ainda não está clara, mas pode envolver fusões entre buracos negros de massa estelar ou múltiplas colisões estelares em aglomerados estelares densos.

Os buracos negros primordiais, se existirem, não tinham nenhum desses mecanismos à sua disposição.

“Se os encontrarmos, isso irá abalar o campo da física teórica.”

William DeRocco, pesquisador de pós-doutorado, Universidade da Califórnia em Santa Cruz.

Mesclando Buracos Negros Binários
Publicidade

Impressão artística da fusão de buracos negros binários. Quando se fundem, emitem ondas gravitacionais que observatórios como o LIGO podem detectar. Crédito: LIGO/A. Simonnet

Física Teórica e o Telescópio Espacial Romano

Ninguém sabe se existem buracos negros primordiais. Eles são teóricos. Nenhum processo físico que conhecemos pode formá-los. Mas o Universo primitivo era muito diferente.

Nova pesquisa publicada em Revisão Física D mostra como o próximo Telescópio Romano Nancy Grace poderia detectar esses objetos primordiais da massa da Terra. É intitulado “Revelando buracos negros primordiais de massa terrestre com o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman.” O autor principal é William DeRocco, pesquisador de pós-doutorado na Universidade da Califórnia em Santa Cruz.

Publicidade

“Detectar uma população de buracos negros primordiais com a massa da Terra seria um passo incrível tanto para a astronomia quanto para a física de partículas, porque esses objetos não podem ser formados por nenhum processo físico conhecido”, disse o autor principal, DeRocco. “Se os encontrarmos, isso irá abalar o campo da física teórica.”

Formação PBH
Publicidade

Os PBHs poderiam ter se formado quando regiões superdensas do universo inflacionário ou dominado pela radiação entraram em colapso. Crédito: Gema White

Condições do Universo Primitivo

No Universo moderno, apenas estrelas com pelo menos oito massas estelares podem tornar-se buracos negros. Estrelas menos massivas se tornarão estrelas de nêutrons ou anãs brancas. (O Sol se tornará um anã branca.)

Mas as coisas eram diferentes no Universo primitivo. Durante um período de rápida inflação, o espaço expandiu-se mais rapidamente que a velocidade da luz. Nestas condições incomuns, áreas densas poderiam ter colapsado em PBHs. A escala desses objetos é notavelmente pequena. Eles seriam do tamanho da Terra ou menores e teriam horizontes de eventos tão largos quanto uma moeda.

O menos massivo deles teria desaparecido devido a evaporação. Foi o que Stephen Hawking descobriu. Mas alguns, aqueles tão massivos quanto a Terra, poderiam ter sobrevivido.

Infográfico da vida do buraco negro primordial
Publicidade

Stephen Hawking teve a ideia da evaporação do buraco negro. Ele teorizou que os buracos negros diminuem lentamente à medida que a radiação escapa. O lento vazamento do que hoje é conhecido como radiação Hawking, com o tempo, faria com que o buraco negro simplesmente evaporasse. Este infográfico mostra os tempos de vida estimados e o horizonte de eventos – o ponto além do qual os objetos em queda não conseguem escapar do controle gravitacional de um buraco negro – diâmetros para buracos negros de várias massas pequenas. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA

O papel da microlente na detecção de buracos negros

Embora sejam teóricos, existem alguns indícios de sua presença. Essas dicas vêm de microlente gravitacional.

Dois esforços usaram microlentes para estudar objetos no Universo. Um é OLHANDO, o experimento de lentes gravitacionais ópticas. Outro é MOA, Observações de microlentes em astrofísica. OGLE encontrou 17 objetos isolados da massa da Terra no espaço.

Esses objetos podem ser PBHs ou podem ser planetas rebeldes. Infelizmente, é muito difícil diferenciar individualmente. Mas como a teoria prevê as massas e a abundância de planetas rebeldes, isso poderia fornecer uma maneira para o Telescópio Romano diferenciá-los dos PBHs.

Infográfico de microlente gravitacional
Publicidade

O planeta OGLE-2012-BLG-0950Lb foi detectado através de microlentes gravitacionais, fenômeno que funciona como uma lupa da natureza. Crédito: LCO/D. Bennett

“Não há como distinguir entre buracos negros com a massa da Terra e planetas rebeldes, caso a caso”, disse DeRocco. “Roman será extremamente poderoso na diferenciação estatística entre os dois.”

Em sua pesquisa, os autores explicam isso de forma mais completa. “O ponto principal é que, embora os eventos PBH e FFP não possam ser discriminados evento por evento, as duas populações podem ser distinguidas pela distribuição estatística da duração dos seus eventos.” Os cientistas pensam que Roman encontrará 10 vezes mais objetos nesta faixa de massa do que esforços terrestres como OGLE e MOA.

O impacto da descoberta de buracos negros primordiais

Encontrar buracos negros primordiais criaria uma grande reviravolta.

“Isso afetaria tudo, desde a formação de galáxias até o conteúdo de matéria escura do universo e a história cósmica”, disse Kailash Sahu, astrônomo do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial em Baltimore. Sahu não esteve envolvido na pesquisa, mas entende o impacto que os resultados teriam. “Confirmar as suas identidades será um trabalho árduo e os astrónomos precisarão de muito convencimento, mas valeria bem a pena.”

Publicidade

Se o Telescópio Espacial Romano conseguir encontrar os buracos negros e confirmá-los, este poderá ser um momento decisivo na história astronômica. A descoberta seria uma forte evidência a favor de um período de inflação rápida no início do Universo, uma época que até agora não foi comprovada. Os físicos acham que deve ter havido um período como este, pois ajuda a explicar muitas outras coisas sobre o Universo.

Buracos Negros Primordiais e Matéria Escura

Mais emocionante, esses buracos negros primordiais podem compreender uma porcentagem de matéria escura. Uma pequena porcentagem, mas uma melhoria enorme em relação à nossa compreensão atual do que é a matéria escura. Os cientistas continuam procurando coisas como WIMPs (Partículas Massivas de Interação Fraca) e outras partículas que poderiam ser matéria escura, mas nunca as encontram.

“A natureza da matéria escura continua sendo uma das questões abertas mais urgentes na física fundamental. Enquanto múltiplas linhas de evidências convincentes indicam sua existência, sua natureza microfísica permanece desconhecida”, explicam os autores.

O que há de elegante nos Roman e nos PBHs é que não será necessário um esforço especial para encontrá-los. Roman já irá procurar planetas. “Espera-se que o Roman’s Galactic Bulge Time Domain Survey observe centenas de eventos de microlentes de baixa massa, permitindo uma caracterização estatística robusta desta população”, escrevem os autores no seu artigo.

Telescópio Espacial Nancy Grace Romano da NASA
Publicidade

O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman é um observatório da NASA projetado para desvendar os segredos da energia escura e da matéria escura, pesquisar e criar imagens de exoplanetas e explorar muitos tópicos da astrofísica infravermelha. Crédito: NASA

A missão mais ampla do telescópio espacial romano

Cada telescópio espacial que lançamos é uma nova janela para algum aspecto do Universo. O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman com certeza será. “Embora o seu Estudo no Domínio do Tempo do Bojo Galáctico tenha como alvo exoplanetas ligados e não ligados, mostrámos que também terá uma sensibilidade sem precedentes à física para além do Modelo Padrão”, escrevem DeRocco e os seus colegas investigadores no seu artigo. Isso porque pode “sondar a fração da matéria escura composta por buracos negros primordiais”, escrevem.

“Este é um exemplo interessante de algo que mais cientistas poderiam fazer com os dados que Roman já vai obter enquanto procura planetas”, disse Sahu. “E os resultados são interessantes, quer os cientistas encontrem ou não evidências de que existem buracos negros com a massa da Terra. Em ambos os casos, fortaleceria nossa compreensão do universo.”

E quem não quer uma compreensão mais forte do Universo?

Adaptado de artigo publicado originalmente em Universo Hoje.

Referência: “Revelando buracos negros primordiais de massa terrestre com o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman” por William DeRocco, Evan Frangipane, Nick Hamer, Stefano Profumo e Nolan Smyth, 8 de janeiro de 2024, Revisão Física D.
DOI: 10.1103/PhysRevD.109.023013



Share. Facebook Twitter Pinterest LinkedIn Tumblr Email

Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.