Esta imagem simulada mostra como os buracos negros dobram um fundo estrelado e capturam luz. Crédito:Goddard Space Flight Center da NASA Buracos negros primordiais são objetos hipotéticos formados durante os primeiros momentos do universo. De acordo com os modelos, eles se formaram a partir de microflutuações na densidade da matéria e no espaço-tempo para se tornarem buracos negros do tamanho de grãos de areia com massa montanhosa.
Embora nunca tenhamos detectado buracos negros primordiais, eles têm todas as propriedades necessárias da matéria escura, como não emitir luz e a capacidade de se aglomerar em torno de galáxias. Se existirem, poderiam explicar a maior parte da matéria escura.
A desvantagem é que a maioria dos candidatos primordiais a buracos negros foram descartados pela observação. Por exemplo, para explicar a matéria escura, teria de haver tantos desses pequenos ruídos gravitacionais que eles frequentemente passariam na frente de uma estrela do nosso ponto de vista. Isso criaria um reflexo de microlente que deveríamos observar regularmente. Várias pesquisas do céu procuraram tal evento sem sucesso, então a matéria escura do PBH não é uma ideia popular atualmente.
Um novo trabalho, postado no arXiv servidor de pré-impressão, adota uma abordagem um pouco diferente. Em vez de olhar para os típicos buracos negros primordiais, considera os buracos negros ultraleves. Eles estão na extremidade menor das massas possíveis e são tão pequenos que a radiação Hawking entraria em ação.
A taxa de decaimento de Hawking é inversamente proporcional ao tamanho de um buraco negro, portanto estes buracos negros ultraleves devem irradiar até ao fim da sua vida numa curta escala de tempo cósmica. Como não temos um modelo completo da gravidade quântica, não sabemos o que aconteceria com os buracos negros ultraleves no final, e é aí que entra este artigo.
Limites observacionais para buracos negros primordiais. Crédito:S. Profumo
Como observa o autor, basicamente existem três resultados possíveis. A primeira é que o buraco negro irradia completamente. O buraco negro terminaria como um breve clarão de partículas de alta energia. A segunda é que algum mecanismo impede a evaporação completa e o buraco negro atinge algum tipo de estado de equilíbrio. A terceira opção é semelhante à segunda, mas neste caso, o estado de equilíbrio faz com que o horizonte de eventos desapareça, deixando uma massa densa exposta conhecida como singularidade nua. O autor também observa que para os dois últimos resultados, os objetos podem ter uma carga elétrica líquida.
Para o caso da evaporação, a maior incógnita seria a escala de tempo da evaporação. Se os PBHs fossem inicialmente minúsculos, eles evaporariam rapidamente e aumentariam o efeito de reaquecimento do cosmos inicial. Se evaporarem lentamente, poderemos ver as suas mortes como um clarão de raios gama. Nenhum destes efeitos foi observado, mas é possível que detectores como o Telescópio de Grande Área do Fermi possam detectar um deles em flagrante.
Para estas duas últimas opções, o autor defende que o equilíbrio seria alcançado em torno da escala de Planck. Os remanescentes seriam do tamanho de um próton, mas com massas muito maiores. Infelizmente, se esses remanescentes fossem eletricamente neutros, seriam impossíveis de detectar. Eles não decairiam em outras partículas, nem seriam grandes o suficiente para serem detectados diretamente. Isso corresponderia à observação, mas não é um resultado satisfatório. O modelo é essencialmente improvável. Se as partículas tiverem carga, poderemos detectar a sua presença na próxima geração de detectores de neutrinos.
A principal coisa sobre este trabalho é que os buracos negros primordiais não são totalmente descartados pelas observações atuais. Até que tenhamos dados melhores, este modelo se junta à pilha teórica de muitas outras possibilidades.
