O que é matéria escura? Essa questão é proeminente nas discussões sobre a natureza do Universo. Existem muitas explicações propostas para a matéria escura, tanto dentro do Modelo Padrão quanto fora dele.
Um componente proposto da matéria escura são os buracos negros primordiais, criados no Universo primitivo sem uma estrela em colapso como progenitor.
O problema da matéria escura é um problema de massa faltante. As galáxias não deveriam manter-se unidas de acordo com a sua massa observável. Sua massa observável é composta por estrelas, gás, poeira e alguns planetas.
Alguma outra forma de massa deve estar presente para evitar que as galáxias se dissipem essencialmente. A matéria escura é um nome substituto para qualquer que seja a massa que falta. O astrônomo Fritz Zwicky usou o termo pela primeira vez em 1933, quando observou o Aglomerado de coma e encontrou indicações de falta de massa. Cerca de 90% do Cluster Coma não tem massa, o que Zwicky chamou de “dunkle Materie”.
Os buracos negros primordiais (PBHs) são um dos principais candidatos à matéria escura. Nos primeiros tempos do Universo, bolsas de matéria subatómica densa podem ter-se formado naturalmente. Uma vez densos o suficiente, eles poderiam ter colapsado diretamente em buracos negros. Ao contrário dos seus homólogos astrofísicos, eles não tinham progenitores estelares.
Observações recentes do JWST e LIGO/Virgem os resultados apoiam a ideia de que os PBHs são matéria escura. Alguns investigadores vão mais longe e dizem que esta evidência apoia a ideia de que a matéria escura é feita exclusivamente de PBHs e não tem outros componentes.
Novas pesquisas sugerem que alguns dos primeiros PBHs se fundiriam e que o LIGO/Virgo pode detectar as ondas gravitacionais das fusões. A pesquisa é “Restrições em buracos negros primordiais de eventos LIGO-Virgo-KAGRA O3.” O autor principal é M. Andres-Carcasona, estudante de doutorado no Instituto de Física de Altas Energias do Instituto de Ciência e Tecnologia de Barcelona.
Em 2015, o LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) detectou a sua primeira fusão de buracos negros. Na época, os pesquisadores anunciaram esta nova janela para o Universo. Até então, as observações astronômicas eram baseadas na radiação eletromagnética, mas o LIGO/Virgo mudou isso.
Agora, o Japão juntou-se à colaboração LIGO/Virgo com o seu observatório de ondas gravitacionais Karga, e o esforço internacional chama-se LIGO/Virgo/Karga (LVK). Juntos, os três observatórios recolhem dados sobre ondas gravitacionais.
“Trabalhos anteriores exploraram o uso de dados GW para encontrar evidências diretas ou indiretas de PBHs”, escrevem os autores. “Pesquisas especificamente direcionadas de objetos compactos de massa subsolar, que forneceriam um sinal fumegante da existência de PBHs, até agora não tiveram sucesso.”
Os autores salientam que dentro do nosso crescente corpo de dados de GW, pode haver indicações de PBHs que foram ignorados pelos métodos de outros investigadores. Eles escrevem que algumas das massas componentes “…caem em regiões onde os modelos astrofísicos não as prevêem, sugerindo potencialmente uma população PBH”, escrevem eles.
O função de massa de PBHs desempenha um grande papel na formação de PBHs. Seu objetivo é atualizar as restrições de massa sobre PBHs nos dados de GW. “Um dos nossos objetivos é derivar restrições que não dependam significativamente do cenário de formação subjacente. Assim, consideramos uma variedade de diferentes funções de massa do PBH”, explicam.
Os dois cenários de formação subjacentes mencionados são astrofísicos e primordiais. Dentro da categoria primordial, existem diferentes maneiras pelas quais os PBHs podem se formar, e todas elas estão interligadas com a função de massa. Os autores explicam que os PBHs poderiam explicar a totalidade da matéria escura, mas apenas se estiverem na faixa de 10-16 para 10-12 massas solares.
“Os PBHs mais leves estariam evaporando hoje e podem constituir apenas uma pequena porção do DM”, escrevem eles.
BHs astrofísicos formam binários e podem se fundir, enviando ondas gravitacionais. Se os PBHs se fundissem, eles também enviariam ondas gravitacionais. É possível que algumas destas fusões estejam por trás de alguns dos dados GW detectados pelo LIGO/Virgo/Karga na sua terceira execução observacional. Os pesquisadores apresentam seus resultados em termos de um caso pessimista e um caso otimista. O caso pessimista diz que todas as observações do GW são provenientes de fusões de Buracos Negros Astrofísicos (ABH), enquanto o caso otimista sugere que algumas são de fusões de PBH.
Suas pesquisas e seus resultados envolvem um número enorme de termos e relacionamentos físicos complicados. Mas a questão principal é se os PBHs podem compreender matéria escura, parcial ou totalmente. Nesse contexto, a que se resumem os resultados?
Os investigadores dizem que na sua análise de uma população de binários astrofísicos e primordiais, os PBHs não podem compreender inteiramente a matéria escura. No máximo, eles podem constituir uma pequena porção.
“…numa população de binários constituída por buracos negros primordiais e astrofísicos, descobrimos que, em todos os cenários, os PBHs podem constituir no máximo fPBH menor ou igual a 10-3 de matéria escura na faixa de massa de 1 a 200 massas solares.”
fPBH representa a fração da matéria escura que os PBHs podem compreender, 10-3 significa 0,001, e a faixa de massa solar é autoexplicativa. Não é preciso ser físico para entender o que eles estão dizendo. Os PBHs podem constituir apenas uma pequena fração da matéria escura em sua análise.
Este pode não ser um estudo gerador de manchetes. É uma visão dos bastidores da astrofísica e da cosmologia, onde equipes de pesquisadores trabalham duro para restringir e definir gradativamente diferentes fenômenos. Mas isso não prejudica o seu significado.
Um dia, poderá surgir uma manchete que grite: “Físicos identificam matéria escura! As grandes questões do universo respondidas!”
Se isso acontecer, centenas e milhares de estudos como este estarão por trás disso.
Fonte: InfoMoney
