Buracos negros se tornam detectores de matéria escura

Buracos negros poderão em breve nos ajudar a entender a matéria escura. Esses objetos extremos, há muito considerados armadilhas de luz, estão se tornando ferramentas de observação. Por meio de análises mais detalhadas de suas imagens, os cientistas esperam detectar traços de partículas invisíveis que compõem a maior parte da matéria do universo.

Imagens simuladas do buraco negro supermassivo M87*. À esquerda, radiação de plasma; à direita, possível emissão de matéria escura. Crédito: Yifan Chen. 

O Telescópio Horizonte de Eventos (EHT), uma rede global de radiotelescópios famosa por suas imagens de buracos negros, oferece um novo meio de exploração. Ao estudar a região sombreada no centro dessas imagens, os pesquisadores identificaram um ponto quase desprovido de matéria comum. Esse brilho tênue permite detectar sinais muito discretos, como os produzidos pela matéria escura.

Cientistas estão comparando a distribuição de luz observada com simulações detalhadas. Seu modelo integra a física da matéria escura nas equações que descrevem a matéria ao redor do buraco negro . Essa abordagem tornaria possível identificar uma assinatura de luz particular, mais uniforme do que a do plasma usual, que poderia sinalizar a aniquilação de partículas de matéria escura.

Os resultados iniciais mostram que certas suposições sobre a massa e o comportamento da matéria escura não são mais válidas. Ao variar parâmetros físicos, como a temperatura do plasma ou a rotação do buraco negro, os pesquisadores confirmaram a confiabilidade de seu método. O EHT tornou possível, assim, estabelecer limites mais precisos do que as pesquisas anteriores para essas partículas invisíveis.

Melhorias futuras no EHT devem fortalecer ainda mais essas análises. O aumento da sensibilidade tornará possível detectar sinais 100 vezes mais fracos, e uma melhor resolução revelará as regiões mais profundas da sombra. Esses avanços podem finalmente tornar possível identificar a matéria escura que está em conformidade com os valores teóricos previstos pela física de partículas.

Os astrofísicos também se basearão em novos dados: polarização, que fornece informações sobre campos magnéticos, e observações em diferentes frequências, úteis para distinguir fontes de emissão. Essas ferramentas podem revelar se buracos negros supermassivos atuam como laboratórios naturais para o estudo do invisível.

O Telescópio do Horizonte de Eventos continua sendo um feito técnico. Ao combinar várias antenas distribuídas pela Terra, ele forma um instrumento virtual do tamanho do planeta. Este sistema de interferometria de linha de base muito longa atinge precisão suficiente para distinguir detalhes na escala do horizonte de um buraco negro localizado a milhões de anos-luz de distância.

A matéria escura, no entanto, permanece elusiva. Invisível aos telescópios convencionais, ela se revela apenas por meio de sua influência gravitacional nas galáxias. Pesquisadores acreditam que ela seja formada por partículas antigas do Big Bang, ainda presentes em um halo ao redor de grandes estruturas cósmicas. As observações do EHT podem muito bem oferecer uma nova pista nessa busca, que começou há mais de meio século.

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