Buracos negros primordiais (PBHs) receberam recentemente muita atenção na comunidade física. Uma das principais razões é a ligação potencial com a matéria escura. Com efeito, se for possível provar a existência dos PBH, há uma boa probabilidade de que seja deles a matéria escura, a coisa invisível que constitui 85% da massa do Universo. Se comprovado, isso certamente seria uma descoberta de nível Nobel em astrofísica.

Mas para provar isso, alguém precisa encontrá-los primeiro. Até agora, os PBHs existem apenas em teoria. Mas estamos cada vez mais perto de provar que eles existem, e um novo artigo foi postado no arXiv O servidor de pré-impressão de Marcos Flores da Sorbonne e Alexander Kusenko da UCLA traça algumas idéias sobre como poderemos finalmente encontrar PBHs e, assim, provar ou refutar sua conexão com a matéria escura.

Drs. Flores e Kusenko concentram-se na compreensão das teorias de formação de PBH e depois extrapolam como essas formações podem ser detectáveis, mesmo com equipamentos modernos. Um buraco negro típico, que sabemos que existe, forma-se quando estrelas supermassivas colapsam sob o seu próprio peso.

Os PBHs foram formados antes que qualquer estrela desse tamanho pudesse entrar em colapso, portanto, eles devem ser formados usando um mecanismo diferente. O artigo detalha um processo teorizado de formação de PBH que envolve uma análise matemática detalhada da assimetria das partículas e como isso se encaixa em outros modelos de física de partículas. Mas como podem os astrónomos ver essas formações?

Uma maneira é observar a perda de momento angular. Os astrônomos podem observar “halos” de partículas no início do universo. Em muitos casos, eles giram rapidamente. No entanto, se a sua rotação diminuir drasticamente, isso pode indicar que um PBH estava se formando nas proximidades, minando parte da energia desse momento angular ao puxar as partículas em sua direção.

Outra maneira é observar um novo mecanismo favorito dos astrónomos de todo o mundo – as ondas gravitacionais. Não está totalmente claro se a formação de PBHs pode causar ondas gravitacionais. Ainda assim, o artigo discute algumas estruturas que podem potencialmente levar a uma teoria sobre se o fazem.

A supersimetria fornece uma dessas estruturas. Em alguns casos, o universo primitivo operando sob os princípios da supersimetria poderia formar um PBH que formaria uma onda gravitacional que a próxima geração de detectores de ondas gravitacionais poderia potencialmente detectar. Em particular, envolveria o que o artigo chama de “mecanismo poltergeist” resultante de perturbações espaço-temporais em certas teorias.

Uma última forma de detectar esses PBHs é observar as lentes gravitacionais. Alguns experimentos como o Experimento de Lentes Gravitacionais Ópticas (OGLE) e a Hyper Suprime-Cam (HSC) do telescópio Subaru notaram microlentes gravitacionais onde não há nenhum objeto massivo conhecido que cause tais lentes. Os PBHs, que seriam efetivamente invisíveis para esses telescópios, poderiam oferecer uma explicação, embora outras explicações devam ser descartadas primeiro.

Outras teorias oferecem outras oportunidades para a detecção de PBH, incluindo a observação da interação de "bolas Q" ou grandes "bolhas" teóricas de matéria. Se um número suficiente deles for coletado em conjunto, eles poderão formar um PBH.

Em última análise, há mais perguntas do que respostas em torno destes objetos misteriosos. Se existirem, poderão responder a muitas delas. No entanto, são necessários mais dados para provar isso, além de qualquer dúvida razoável. Os experimentalistas já estão avançando o mais rápido possível para desenvolver novos e melhores detectores que possam ajudar na busca por PBHs. Se eles existirem, é apenas uma questão de tempo até que os encontremos.

Mais informações: Marcos M. Flores et al, Novas ideias sobre a formação e detecção astrofísica de buracos negros primordiais, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2404.05430
Informações do diário: arXiv

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