O universo pode ser preenchido com buracos negros ultraleves que não podem morrer

É aquela vez de novo! Hora de outro modelo que finalmente resolverá o mistério da matéria escura. Ou não, mas vale a pena. Até detectarmos diretamente partículas de matéria escura, ou até que algum modelo remova conclusivamente a matéria escura de nosso kit de ferramentas astrofísicas, o melhor que podemos fazer é continuar procurando soluções. Este novo trabalho dá uma olhada naquela velha castanha teórica, buracos negros primordiais, mas tem algumas reviravoltas interessantes.

Esta imagem simulada mostra como os buracos negros dobram um fundo estrelado e capturam a luz. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA

Buracos negros primordiais são objetos hipotéticos formados durante os primeiros momentos do Universo. De acordo com os modelos, eles se formaram a partir de microflutuações na densidade da matéria e no espaço-tempo para se tornarem buracos negros do tamanho de uma montanha do tamanho de grãos de areia. Embora nunca tenhamos detectado buracos negros primordiais, eles têm todas as propriedades necessárias da matéria escura, como não emitir luz e a capacidade de se agrupar em torno de galáxias. Se existirem, poderiam explicar a maior parte da matéria escura.

A desvantagem é que a maioria dos candidatos a buracos negros primordiais foram descartados pela observação. Por exemplo, para explicar a matéria escura, teria que haver tantos desses pipsqueaks gravitacionais que muitas vezes passariam na frente de uma estrela do nosso ponto de vista. Isso criaria um flare de microlentes que deveríamos observar regularmente. Várias pesquisas do céu procuraram por tal evento sem sucesso, então a matéria escura PBH não é uma ideia popular nos dias de hoje.

Este novo trabalho tem uma abordagem ligeiramente diferente. Em vez de olhar para buracos negros primordiais típicos, considera buracos negros ultraleves. Estes estão na extremidade pequena de massas possíveis e são tão minúsculos que a radiação de Hawking entraria em jogo.

A taxa de decaimento de Hawking é inversamente proporcional ao tamanho de um buraco negro, então esses buracos negros ultraleves devem irradiar até seu fim de vida em uma curta escala de tempo cósmica. Como não temos um modelo completo de gravidade quântica, não sabemos o que aconteceria com buracos negros ultraleves no final, que é onde este artigo entra.

Como observa o autor, basicamente há três resultados possíveis. A primeira é que o buraco negro irradia completamente. O buraco negro terminaria como um breve clarão de partículas de alta energia. A segunda é que algum mecanismo impede a evaporação completa e o buraco negro atinge algum tipo de estado de equilíbrio.

A terceira opção é semelhante à segunda, mas neste caso, o estado de equilíbrio faz com que o horizonte de eventos desapareça, deixando exposta uma massa densa conhecida como singularidade nua. O autor também observa que, para os dois últimos resultados, os objetos podem ter uma carga elétrica líquida. 

Para o caso da evaporação, a maior incógnita seria a escala de tempo da evaporação. Se os PBHs forem inicialmente minúsculos, eles evaporariam rapidamente e aumentariam o efeito de reaquecimento do cosmos primitivo. Se eles evaporam lentamente, devemos ser capazes de ver suas mortes como um clarão de raios gama. Nenhum desses efeitos foi observado, mas é possível que detectores como o Telescópio de Grande Área de Fermi possam capturar um em flagrante.

Para as duas últimas opções, o autor argumenta que o equilíbrio seria alcançado em torno da escala de Planck. Os remanescentes seriam do tamanho de prótons, mas com massas muito maiores. Infelizmente, se esses restos forem eletricamente neutros, eles seriam impossíveis de detectar.

Eles não decairiam em outras partículas, nem seriam grandes o suficiente para detectar diretamente. Isso corresponderia à observação, mas não é um resultado satisfatório. O modelo é essencialmente indemonstrável. Se as partículas tiverem uma carga, então podemos detectar sua presença na próxima geração de detectores de neutrinos.

A principal coisa sobre este trabalho é que os buracos negros primordiais não são totalmente descartados pelas observações atuais. Até que tenhamos dados melhores, esse modelo se junta à pilha teórica de muitas outras possibilidades.

Fonte: universetoday.com