Uma nova pesquisa sugere que em breve seremos capazes de testar uma das teorias mais controversas de Stephen Hawking.
Na década de 1970, Hawking sugeriu que matéria escura, a matéria invisível que constitui a maior parte da matéria no universo, pode ser feita de buracos negros Formado nos primeiros momentos de a grande explosão.
Agora, três astrônomos desenvolveram uma teoria que explica não apenas a existência da matéria escura, mas também o aparecimento dos maiores buracos negros do universo.
“O que eu pessoalmente acho muito interessante sobre essa ideia é como ela une elegantemente os dois problemas desafiadores em que estou trabalhando – investigando a natureza da matéria escura e a formação e crescimento de buracos negros – e resolvendo-os de uma só vez”, estudo co -author Priamvada Natarajan, um astrofísico da Universidade de Yale, Ele disse em um comunicado. Além disso, vários novos instrumentos – incluindo o recém-lançado James Webb Space Telescope – poderiam produzir os dados necessários para finalmente avaliar a famosa ideia de Hawking.
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Buracos negros desde o início
A matéria escura representa mais de 80% de toda a matéria do universo, mas não interage diretamente com a luz de forma alguma. Ele apenas flutua sendo enorme, o que afeta meu gravidade dentro das galáxias.
É tentador pensar que os buracos negros podem ser responsáveis por essas coisas elusivas. Afinal, os buracos negros são notoriamente escuros, então encher a galáxia de buracos negros poderia teoricamente explicar todas as observações da matéria escura.
Infelizmente, no universo moderno, os buracos negros se formam apenas depois que estrelas massivas morrem e então entram em colapso sob o peso de sua própria gravidade. Portanto, fazer buracos negros exigiria muitas estrelas – o que exigiria uma série de matéria normal. Os cientistas sabem a quantidade de matéria natural no universo a partir de cálculos do universo primordial, onde foi o primeiro. hidrogênio E hélio formado. Simplesmente não há matéria natural suficiente para formar toda a matéria escura observada pelos astrônomos.
gigantes adormecidos
É aqui que entra Hawking. Em 1971, ele sugeriu que os buracos negros se formaram em um ambiente caótico nos primeiros momentos do Big Bang. Lá, bolsões de matéria poderiam atingir espontaneamente as densidades necessárias para formar buracos negros, inundando o universo com eles antes que as primeiras estrelas cintilassem. Hawking sugeriu que esses buracos negros “primitivos” podem ser responsáveis pela matéria escura. Embora a ideia fosse intrigante, a maioria dos astrofísicos se concentrou em encontrar uma nova partícula subatômica para explicar a matéria escura.
Além disso, os modelos de formação de buracos negros primordiais encontraram problemas de observação. Se muitos se formaram no universo inicial, eles mudaram a imagem da radiação residual do universo inicial, conhecida como radiação cósmica de fundo (CMB). Isso significa que a teoria só funciona quando o número e o tamanho dos buracos negros antigos são um tanto limitados ou conflitam com as medições da radiação CMB. .
A ideia foi revivida em 2015, quando o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser encontrou o primeiro par de buracos negros em colisão. Os buracos negros eram muito maiores do que o esperado e uma maneira de explicar sua grande massa era dizer que eles se formaram no início do universo, não nos corações das estrelas moribundas.
solução simples
Na pesquisa mais recente, Natarajan e Niko Capilotti da Universidade de Miami e Gunther Hasinger da Agência Espacial Europeia mergulham fundo na teoria dos buracos negros primordiais, explorando como eles explicam a matéria escura e possivelmente resolvem outros desafios cósmicos.
Para passar nos testes de observação atuais, os buracos negros primordiais devem estar dentro de uma certa faixa de massa. No novo trabalho, os pesquisadores levantaram a hipótese de que os buracos negros primordiais tinham uma massa de cerca de 1,4 vezes a massa do Sol. Eles construíram um modelo do universo que substituiu toda a matéria escura por esses buracos negros bastante claros, e então procuraram por evidências observacionais que pudessem validar (ou descartar) o modelo.
A equipe descobriu que os buracos negros primordiais poderiam desempenhar um papel importante no universo, semeando as primeiras estrelas, primeiras galáxias e buracos negros supermassivos (SMBHs). As observações indicam que estrelas, galáxias e SMBH aparecem muito rapidamente na história cósmica, talvez muito rapidamente para ser explicado pelos processos de formação e crescimento que observamos no universo atual.
Os buracos negros primordiais, se houver, podem ser as sementes das quais todos os buracos negros supermassivos, incluindo aqueles no centro de via LácteaNatarajan disse.
A teoria é simples e não requer um jardim de novas partículas para explicar a matéria escura.
“Nosso estudo mostra que sem introduzir novas partículas ou nova física, podemos resolver os mistérios da cosmologia moderna, desde a natureza da própria matéria escura até a origem dos buracos negros supermassivos”, disse Capilotti no comunicado.
Até agora, essa ideia é apenas um protótipo, mas pode ser testada relativamente em breve. O Telescópio Espacial James Webb, lançado no dia de Natal após anos de atrasos, foi projetado especificamente para responder a perguntas sobre a origem das estrelas e galáxias. E a próxima geração de detectores de ondas gravitacionais, especialmente o Laser Interferometer Space Antenna (LISA), está pronta para detectar mais sobre os buracos negros, incluindo os primordiais, se existirem.
Juntos, os dois observatórios devem fornecer aos astrônomos informações suficientes para reunir a história das primeiras estrelas e, possivelmente, as origens da matéria escura.
“Foi irresistível explorar essa ideia em profundidade, sabendo que ela tinha o potencial de validá-la em breve”, disse Natarajan.
Originalmente publicado na Live Science.