Poderia matéria escura ser buracos negros?

Os astrônomos estão reconsiderando buracos negros primordiais como uma resposta ao mistério da matéria invisível, mas observações recentes desfavorecem pelo menos alguns tamanhos de buraco negro.

A matéria escura é um espinho no lado coletivo dos astrônomos. Este material, detectável apenas pelo seu efeito gravitacional, parece constituir mais de 80% da matéria do universo. Mas o que é isso?

A impressão artística de um buraco negro passando na frente de uma estrela na galáxia de Andrômeda. Kavli IPMU

Um contendor fazendo um retorno é buracos negros primordiais. Esses objetos podem ter nascido na idade mais remota do universo, quando o cosmo não passava de uma sopa quente de plasma - na verdade, radiação, na verdade. Este plasma rico em radiação não era uniforme; sua densidade flutuava de patch para patch. Se uma mancha fosse excessivamente densa em comparação com os arredores, ela colapsaria naturalmente e criaria um buraco negro, uma relíquia primordial de muito antes de a primeira estrela brilhar. Se um número suficiente desses buracos negros for forjado, segundo o raciocínio, eles poderiam fornecer a massa invisível que forma o substrato de galáxias, aglomerados de galáxias e a teia cósmica.

"Pessoalmente acho muito legal que a matéria escura possa ser (mesmo em parte) feita de luz que desmoronou em buracos negros", diz Yacine Ali-Haïmoud (Universidade de Nova York). "Acho que é motivação suficiente para estudar o quanto de abundância é permitido pelas observações."

Os astrônomos começaram a procurar seriamente por buracos negros primordiais, ou PBHs, depois que um artigo de 1986 de Bohdan Paczyński sugeriu uma maneira de encontrá-los. As pesquisas não deram certo e os juros diminuíram.

Mas os PBH entraram no mainstream científico há alguns anos, depois que o LIGO descobriu seus primeiros buracos negros . Em dezenas de massas solares, os buracos negros em fusão surpreenderam os astrônomos como inesperadamente fortes para objetos feitos de supernovas. Os cientistas começaram a reconsiderar se as fontes do LIGO poderiam ser PBHs em vez dos núcleos de estrelas mortas . Se essa possibilidade ainda é viável hoje depende de quem você pergunta, mas os PBHs continuam aproveitando seu segundo fôlego.

Os astrônomos procuram PBHs usando microlentes , o impulso na luz das estrelas criado quando um buraco negro passa na frente de uma estrela mais distante e sua gravidade inclina um pouco da luz da estrela em nossa direção. Esse efeito de lente cria várias imagens da estrela muito pequenas para serem resolvidas individualmente , mas combinadas elas criam um efeito luminoso. Pesquisas anteriores sobre microlentes descobriram um punhado de candidatos a PBHs, mas não uma única descoberta definitiva, diz Nathan Golovich (Laboratório Nacional Lawrence Livermore). Essas pesquisas estão reduzindo a fração de matéria escura que poderia ser esses buracos negros invasores, mas a fração restante depende da faixa de possíveis massas PBH que você considera.

Vários tipos de observações restringiram o tamanho de uma fração da matéria escura que poderia compreender os buracos negros primordiais, dependendo da massa primordial do buraco negro considerada. As regiões sombreadas mostram regiões excluídas onde a existência de tais buracos negros primordiais não são consistentes com vários dados de observação. A região vermelha é o resultado do estudo atual. H. Niikura et al.

Como parte desse esforço contínuo, Hiroko Niikura (Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo, Universidade de Tóquio) e seus colegas transformaram o Hyper Suprime-Cam do Telescópio Subaru de 8,2 metros em nosso vizinho cósmico, o Andromeda Galaxy (M31). Eles encararam a galáxia por 7 horas, medindo a luz de cerca de 100 milhões de estrelas. As estrelas se aglomeram nas imagens resultantes, cada pixel contendo a luz de vários sóis. Essa combinação é um problema comum para os caçadores de microlentes, e isso significa que, para encontrar um evento de microlente, os astrônomos não poderiam olhar para o comportamento de uma estrela individual. Em vez disso, eles procuraram por pixels que piscaram (presumivelmente porque uma das estrelas que ele continha havia clareado brevemente) e marcaram o evento como um candidato.

Essa abordagem resultou em 15.571 candidatos. Através de uma série de rodadas de eliminação, os astrônomos reduziram os candidatos àqueles que só piscaram uma vez (e provavelmente não eram estrelas variáveis), iluminados e desbotados no caminho certo, e não eram arenques vermelhos criados pelo processamento de imagens. Se a matéria escura nas galáxias da Via Láctea e de Andrômeda é principalmente feita de PBHs com massas na faixa da massa da Terra até a da lua de Saturno, Mimas, a equipe supôs, então a busca deveria ter ocorrido aproximadamente em mil eventos.

Eles encontraram um.

Infelizmente, os astrônomos não podem determinar com dados atuais se este único candidato é o flash de um buraco negro primordial que passa na frente de uma estrela, eles escrevem 01 de abril na Nature Astronomy . O caso das PBHs há muito procuradas permanece em aberto.

"Esta é uma medida impressionante", diz Golovich. A equipe basicamente riscou uma grande parte da contribuição de PBHs nessa faixa de massa para a matéria escura: a fração restante é menor que um centésimo.

No entanto, as pesquisas com microlentes não são perfeitas. Entre as complexidades a que estão sujeitas, as distâncias dos buracos negros determinam a rapidez com que o buraco negro se moveria pelo campo de visão e, assim, o tipo de eventos que as observações podem captar. A equipe de Niikura estima que eles poderiam "recuperar" apenas 20% a 30% dos eventos para a maioria das estrelas em suas imagens. (O número é muito mais alto - 60% a 70% - para o subconjunto de estrelas mais brilhantes.) Esta fração é semelhante à de outros estudos, que variam de 10% a 50%, diz o co-autor Masahiro Takada (Kavli IPMU, University de Tóquio).

A equipe continua a explorar seus dados M31. Uma vez que tenham construído candidatos suficientes, eles podem atrair cientistas cidadãos para ajudá-los a investigar, diz Takada.

Fonte: Skyandtelescope.com