Um novo olhar sobre a natureza da matéria escura

O objeto de microlente na galáxia no plano da frente pode ser uma estrela (como ilustrado), um buraco negro primordial, ou um outro objeto compacto.Crédito: NASA/Jason Cowan (Astronomy Technology Center)

Um novo estudo sugere que as ondas gravitacionais detetadas pela experiência LIGO devem ter vindo de buracos negros formados durante o colapso de estrelas, não das primeiras fases do Universo. A natureza da matéria escura, que aparentemente compõe 80% da massa das partículas no Universo, é ainda um dos grandes mistérios não resolvidos da Ciência. 

A ausência de evidências experimentais, que nos permita identificá-la com uma ou outra das novas partículas elementares previstas pelos teóricos, bem como a recente descoberta de ondas gravitacionais provenientes da fusão de dois buracos negros (com massas cerca de 30 vezes a do Sol) pelo LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), reavivaram o interesse pela possibilidade de que a matéria escura pode assumir a forma de buracos negros primordiais com massas entre 10 e 1000 vezes a do Sol.

Os buracos negros primordiais, que teriam sido formados em flutuações de alta densidade de matéria nos primeiros momentos do Universo são, em princípio, muito interessantes. Ao contrário daqueles que se formam a partir de estrelas, cuja abundância e massas são limitadas pelos modelos de formação e evolução estelar, os buracos negros primordiais poderiam existir com uma ampla gama de massas e abundâncias. Encontrar-se-iam nos halos das galáxias, e o encontro ocasional entre dois, tendo cada um 30 vezes a massa do Sol, seguido por uma fusão posterior, poderiam ter dado origem às ondas gravitacionais detetadas pelo LIGO.

"Efeito de microlente"

Se existisse um número apreciável de buracos negros nos halos das galáxias, alguns deles intercetariam a luz vinda na nossa direção a partir de um quasar distante. Por causa dos seus fortes campos gravitacionais, a sua gravidade poderia concentrar os raios de luz e provocar um aumento no brilho aparente do quasar. Este efeito, conhecido como "microlente gravitacional", é maior quanto maior a massa do buraco negro, e a probabilidade de o detetar é diretamente proporcional ao número destes buracos negros. Embora os buracos negros não possam ser detetados diretamente, seriam detetados por aumentos no brilho dos quasares observados.

Nesta suposição, um grupo de cientistas usou o efeito de microlente em quasares para estimar os números de buracos negros primordiais de massa intermédia em galáxias. O estudo, liderado pelo investigador Evencio Mediavilla Gradolph, do Instituto de Astrofísica das Canárias e da Universidade de La Laguna, mostra que estrelas normais como o Sol podem provocar efeitos de microlentes, descartando assim a existência de uma grande população de buracos negros primordiais de massa intermédia.

Simulações de computador

Usando simulações de computador, compararam o aumento de brilho, tanto no visível com em raios-X, de 24 quasares distantes com os valores previstos pelo efeito de microlente. Eles descobriram que a força do efeito é relativamente baixa, como seria de esperar de objetos com uma massa entre 0,05 e 0,45 vezes a do Sol, bem abaixo da massa dos buracos negros de massa intermédia. Além disso, estimaram que estas microlentes formam cerca de 20% da massa total de uma galáxia, o equivalente à massa que se espera encontrar em estrelas. Assim, os seus resultados mostram, com uma alta probabilidade, que são as estrelas normais, não os buracos negros primordiais de massa intermédia, as responsáveis pelo efeito observado de microlente.

"Este estudo significa," comenta Evencio Mediavilla, "que não é de todo provável que os buracos negros com massas entre 10 e 100 vezes a do Sol constituam uma fração significativa da matéria escura." Por essa razão, os buracos negros cuja fusão foi detetada pelo LIGO, foram provavelmente formados pelo colapso de estrelas, e não eram buracos negros primordiais."

Fonte: Astronomia OnLine