O telescópio Subaru ajuda a determinar que a matéria escura não é composta de minúsculos buracos negros primordiais
p Figura 1:A Via Láctea (esquerda) e a galáxia de Andrômeda (direita) estão separadas por 2,6 milhões de anos-luz. Em comparação com as áreas onde as estrelas estão agrupadas, Acredita-se que a matéria escura seja distribuída em um volume muito maior. Crédito:Kavli IPMU
p Uma equipe internacional de pesquisadores colocou uma teoria especulada pelo falecido Stephen Hawking em seu teste mais rigoroso até o momento, e seus resultados baseados nas observações usando o telescópio Subaru descartaram a possibilidade de que buracos negros primordiais menores que um décimo de milímetro constituam a maior parte da matéria escura. p Os cientistas sabem que 27 por cento da matéria do Universo é composta de matéria escura. Sua força gravitacional impede que as estrelas em nossa Via Láctea se separem. Contudo, tenta detectar tais partículas de matéria escura usando experimentos subterrâneos, ou experimentos de acelerador, incluindo o maior acelerador do mundo, o Grande Colisor de Hádrons, falharam até agora.
p Isso levou os cientistas a considerar a teoria de Hawking de 1974 sobre a existência de buracos negros primordiais, nascido logo após o Big Bang, e sua especulação de que eles poderiam constituir uma grande fração da indescritível matéria escura que os cientistas estão tentando descobrir hoje.
p Uma equipe internacional de pesquisadores, liderado pelo Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo Investigador Principal Masahiro Takada, A estudante candidata a doutorado Hiroko Niikura, Professor Naoki Yasuda, e incluindo pesquisadores do Japão, Índia e EUA, usaram o efeito de lentes gravitacionais para procurar buracos negros primordiais entre a Terra e a galáxia de Andrômeda. Lente gravitacional, um efeito sugerido pela primeira vez por Albert Einstein, se manifesta como a curvatura dos raios de luz vindos de um objeto distante, como uma estrela, devido ao efeito gravitacional de um objeto massivo interveniente, como um buraco negro primordial. Em casos extremos, tal curvatura de luz faz com que a estrela de fundo pareça muito mais brilhante do que originalmente.
p Figura 2:enquanto o telescópio Subaru na Terra olha para a galáxia de Andrômeda, uma estrela em Andrômeda se tornará significativamente mais brilhante se um buraco negro primordial passar na frente da estrela. À medida que o buraco negro primordial continua a se mover para fora do alinhamento, a estrela também ficará mais escura (voltar ao brilho original). Crédito:Kavli IPMU
p Contudo, efeitos de lentes gravitacionais são eventos muito raros porque requerem uma estrela na galáxia de Andrômeda, um buraco negro primordial atuando como a lente gravitacional, e um observador na Terra estar exatamente em linha um com o outro. Então, para maximizar as chances de capturar um evento, os pesquisadores usaram o Hyper Suprime-Cam no telescópio Subaru, que pode capturar toda a imagem da galáxia de Andrômeda em uma foto. Levando em consideração a rapidez com que se espera que os buracos negros primordiais se movam no espaço interestelar, a equipe tirou várias imagens para ser capaz de capturar o tremeluzir de uma estrela conforme ela se ilumina por um período de alguns minutos a horas devido às lentes gravitacionais.
p Figura 3:Dados da estrela que mostraram características de ser ampliada por uma lente gravitacional potencial, possivelmente por um buraco negro primordial. Cerca de 4 horas após o início da coleta de dados no telescópio Subaru, uma estrela começou a brilhar mais forte. Menos de uma hora depois, a estrela atingiu o brilho máximo antes de escurecer. Crédito:Niikura et al.
p A partir de 190 imagens consecutivas da galáxia de Andrômeda tiradas ao longo de sete horas durante uma noite clara, a equipe vasculhou os dados em busca de eventos potenciais de lentes gravitacionais. Se a matéria escura consiste em buracos negros primordiais de uma determinada massa, neste caso, massas mais leves que a lua, os pesquisadores esperavam encontrar cerca de 1000 eventos. Mas após análises cuidadosas, eles só puderam identificar um caso. Os resultados da equipe mostraram que os buracos negros primordiais podem contribuir com não mais do que 0,1 por cento de toda a massa de matéria escura. Portanto, é improvável que a teoria seja verdadeira./p>
p Os pesquisadores agora planejam desenvolver ainda mais suas análises da galáxia de Andrômeda. Uma nova teoria que eles irão investigar é descobrir se os buracos negros binários descobertos pelo detector de ondas gravitacionais LIGO são de fato buracos negros primordiais.
p Figura 4:Restrições na fração de massa dos buracos negros primordiais à matéria escura na Via Láctea e na galáxia de Andrômeda em função da massa do buraco negro primordial. As regiões sombreadas mostram regiões excluídas onde a existência de tais buracos negros primordiais não são consistentes com vários dados de observação. A cor vermelha indica a área onde este estudo contribuiu para o estudo dos buracos negros primordiais. O HSC / Subaru de uma noite fornece as restrições mais rigorosas para buracos negros primordiais com massas mais leves que a lua, por exemplo. em comparação com os dados de 2 anos do NASA Kepler. Crédito:Niikura et al.
p Esses resultados foram publicados em 1º de abril, 2019 em
Astronomia da Natureza .
