Estudo descarta buracos negros primordiais inicialmente agrupados como candidatos a matéria escura

Buracos negros primordiais (PBHs) são corpos cósmicos fascinantes que têm sido amplamente investigados por astrofísicos em todo o mundo. Como sugerido por seu nome, acredita-se que esses buracos negros tenham aparecido nos primeiros dias do universo, menos de um segundo após o Big Bang.

A teoria da física sugere que, na fração de segundo antes da formação do universo, o espaço não era completamente homogêneo, portanto regiões mais densas e quentes poderiam ter colapsado em buracos negros. Dependendo de quando exatamente foram formados nessa fração de segundo, esses PBHs podem ter massas e características associadas muito diferentes.  

Alguns físicos teóricos têm explorado a possibilidade de que os PBHs contribuam significativamente para a abundância prevista de matéria escura no universo, ou em outras palavras, que sejam os principais candidatos à matéria escura. As observações de ondas gravitacionais coletadas pela colaboração LIGO-Virgo-KAGRA e as restrições definidas por essas observações sugerem que isso é altamente improvável. 

No entanto, alguns estudos recentes sugeriram que o agrupamento de PBHs no momento de sua formação poderia alterar sua taxa de fusão, o que potencialmente permitiria valores dentro das restrições definidas pelo LIGO-Virgo-KAGRA. Esse agrupamento também afetaria potencialmente os limites de microlente existentes, pois os clusters PBH atuariam como uma única lente massiva que não pode ser sondada por estudos de microlente. 

Pesquisadores da Université de Genève, Sapienza University of Rome e NICPB realizaram recentemente um estudo teórico avaliando ainda mais a hipótese de que os PBHs inicialmente agrupados poderiam ser candidatos à matéria escura. Seu artigo, publicado na Physical Review Letters, apresenta um argumento relativamente simples que parece descartar essa possibilidade. 

“Nosso trabalho foi motivado pela afirmação, ainda não comprovada pela literatura, de que buracos negros primordiais com massas em torno das massas solares poderiam evitar as fortes restrições atuais provenientes de microlente, se estivessem fortemente agrupados”, disse Antonio Riotto, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse Phys.org.

“Nosso estudo provou que essa afirmação não é correta. A ideia é simples: PBHs agrupados podem evitar o limite de microlente se o agrupamento for forte o suficiente, mas isso estaria em desacordo com outro conjunto de dados provenientes da floresta Lyman-alpha, o que sugere que isso exigiria agrupamento fraco.” 

Em suas análises, Riotto e seus colegas combinaram as restrições de microlente definidas por observações astronômicas anteriores com dados da floresta Lyman-alpha. A floresta de Lyman-alpha é um fenômeno de absorção que pode ser observado com ferramentas de espectroscopia astronômica, apresentando-se como linhas de absorção nos espectros de galáxias distantes e quasares. 

Essas linhas de absorção tornaram-se uma sonda proeminente na astrofísica, particularmente em estudos que investigam flutuações de densidade no Universo. Em seu artigo, os pesquisadores mostraram que os dados da floresta Lyman-alpha sugerem que, para evitar limites de microlentes existentes, os PBHs precisariam ser agrupados de forma fraca, em vez de fortemente, o que contradiz a ideia teórica generalizada que eles estavam avaliando. 

“Nossa análise descarta a possibilidade de que os PBHs possam ser a matéria escura do universo se tiverem massas semelhantes às massas estelares”, acrescentou Riotto. “Em nossos próximos trabalhos, planejamos investigar mais o papel dos PBHs, para ver se eles podem explicar outras observações interessantes, como a presença de galáxias em altos desvios para o vermelho”.

Fonte: phys.org