Observatórios de ondas gravitacionais podem detectar buracos negros primordiais acelerando pelo sistema solar

Os cosmólogos há muito tempo levantam a hipótese de que as condições do universo primitivo poderiam ter causado a formação de buracos negros não muito depois do Big Bang. Esses “buracos negros primordiais” têm uma faixa de massa muito diferente do que aqueles que se formaram no universo posterior a partir da morte de estrelas, com alguns até mesmo condensados “na largura de um único átomo”. 

Esta ilustração mostra a fusão de dois buracos negros (detectados pelo LIGO em 26 de dezembro de 2016) e as ondas gravitacionais que ondulam para fora conforme os buracos negros espiralam em direção um ao outro. Crédito: LIGO/T. Pyle 

Nenhum buraco negro primordial foi observado ainda. Se eles existirem, podem ser uma explicação para pelo menos parte da “matéria escura” no universo: matéria que não parece interagir com a matéria normal por meio do eletromagnetismo, mas afeta a dinâmica gravitacional de galáxias e outros objetos no universo. Agora, podemos ter uma nova maneira de detectar buracos negros primordiais, embora de forma severamente limitada.

Esse método vem por meio de ondas gravitacionais.

Detectadas pela primeira vez em 2015 pelo observatório de ondas gravitacionais LIGO, as ondas gravitacionais são “ondulações” no espaço-tempo causadas por eventos dramáticos no universo – mais frequentemente a colisão de objetos gigantes como buracos negros de massa estelar e estrelas de nêutrons. Cerca de 90 fontes confirmadas de ondas gravitacionais foram encontradas pelo programa LIGO-Virgo-KAGRA (LKV) desde 2015.

Em uma nota de pesquisa publicada este mês, o astrofísico de Harvard Avi Loeb examinou se os detectores LKV poderiam capturar a assinatura de buracos negros primordiais – especificamente aqueles correndo perto da velocidade da luz – ou outros objetos semelhantes se movendo em altas velocidades.

“Todas as fontes de ondas gravitacionais detectadas até agora envolvem fusões de objetos astrofísicos de massa estelar, como buracos negros ou estrelas de nêutrons, a distâncias cosmológicas”, escreveu Loeb em uma postagem no Medium em agosto. Mas essas não são as únicas fontes possíveis.

“Imagine um objeto relativístico se movendo perto da velocidade da luz a uma distância do LIGO que seja comparável ao raio da Terra. Na aproximação mais próxima, tal objeto geraria um sinal gravitacional”, um sinal fortemente dependente de sua massa e da velocidade em que está se movendo, diz Loeb.

Com as capacidades atuais do LKV, os detectores seriam capazes de ver qualquer objeto se movendo próximo à velocidade da luz com uma massa de 100 megatons (a massa de um asteroide pequeno com várias centenas de metros de diâmetro), mas somente se chegasse a metade do diâmetro da Terra dos detectores. 

Em outras palavras, os detectores do LKV teriam notado se um objeto dessa massa passasse pela Terra, ou muito perto de sua superfície, na década desde 2015, se estivesse viajando em velocidades muito altas.

Claro, se um asteroide dessa massa atingisse a Terra nessa velocidade, estaríamos bem cientes disso pelo impacto devastador. Como tal, essa capacidade é realmente interessante, particularmente para objetos compactos como buracos negros primordiais, com diâmetros do tamanho de um átomo ou menores, que podem passar perto ou mesmo pela Terra sem que ninguém perceba.

Nenhum objeto desse tipo foi visto pelos detectores LKV.

Não é um resultado surpreendente, dado que esta é uma capacidade de detecção muito limitada. Ele não nos diz sobre objetos a mais de ?6000 quilômetros da superfície da Terra e também não consegue detectar objetos em movimento mais lento.

Futuros detectores de ondas gravitacionais, como o detector LISA da ESA, com lançamento previsto para a próxima década, expandirão esse alcance, embora não muito.

Ainda assim, quando você está buscando respostas para algumas das perguntas mais difíceis do universo, vale a pena verificar onde puder. Esta pedra em particular não foi deixada de lado.

Fonte: universetoday.com