Os físicos da UCLA propuseram novas teorias sobre como os primeiros buracos negros do universo podem ter se formado e o papel que eles podem desempenhar na produção de elementos pesados, como ouro, platina e urânio.

Dois artigos sobre seu trabalho foram publicados na revista Cartas de revisão física .

Uma questão de longa data na astrofísica é se os primeiros buracos negros do universo surgiram menos de um segundo após o Big Bang ou se eles se formaram apenas milhões de anos depois, durante a morte das primeiras estrelas.

Alexander Kusenko, um professor de física da UCLA, e Eric Cotner, um estudante de graduação da UCLA, desenvolveu uma nova teoria convincentemente simples, sugerindo que os buracos negros poderiam ter se formado logo após o Big Bang, muito antes de as estrelas começarem a brilhar. Astrônomos já haviam sugerido que esses chamados buracos negros primordiais poderiam ser responsáveis ​​por toda ou parte da misteriosa matéria escura do universo e que eles podem ter semeado a formação de buracos negros supermassivos que existem no centro das galáxias. A nova teoria propõe que os buracos negros primordiais podem ajudar a criar muitos dos elementos mais pesados ​​encontrados na natureza.

Os pesquisadores começaram considerando que um campo uniforme de energia permeou o universo logo após o Big Bang. Os cientistas acreditam que tais campos existiram em um passado distante. Depois que o universo se expandiu rapidamente, este campo de energia teria se separado em grupos. A gravidade faria com que esses aglomerados se atraíssem e se fundissem. Os pesquisadores da UCLA propuseram que uma pequena fração desses aglomerados em crescimento se tornassem densos o suficiente para se tornarem buracos negros.

A hipótese deles é bastante genérica, Kusenko disse, e não depende do que ele chamou de "coincidências improváveis" que sustentam outras teorias que explicam os buracos negros primordiais.

O artigo sugere que é possível pesquisar esses buracos negros primordiais usando observações astronômicas. Um método envolve medir as mudanças muito pequenas no brilho de uma estrela que resultam dos efeitos gravitacionais de um buraco negro primordial passando entre a Terra e essa estrela. No início deste ano, Astrônomos americanos e japoneses publicaram um artigo sobre a descoberta de uma estrela em uma galáxia próxima que brilhou e escureceu precisamente como se um buraco negro primordial estivesse passando na frente dela.

Em um estudo separado, Kusenko, Volodymyr Takhistov, um pesquisador de pós-doutorado da UCLA, e George Fuller, um professor da UC San Diego, propôs que os buracos negros primordiais podem desempenhar um papel importante na formação de elementos pesados ​​como o ouro, prata, platina e urânio, que pode estar acontecendo em nossa galáxia e em outras.

A origem desses elementos pesados ​​há muito é um mistério para os pesquisadores.

"Os cientistas sabem que esses elementos pesados ​​existem, mas eles não têm certeza de onde esses elementos estão sendo formados, "Kusenko disse." Isso foi realmente embaraçoso. "

A pesquisa da UCLA sugere que um buraco negro primordial ocasionalmente colide com uma estrela de nêutrons - do tamanho de uma cidade, remanescente giratório de uma estrela que permanece após algumas explosões de supernova - e afunda em suas profundezas.

Quando isso acontecer, Kusenko disse, o buraco negro primordial consome a estrela de nêutrons de dentro, um processo que leva cerca de 10, 000 anos. Conforme a estrela de nêutrons encolhe, gira ainda mais rápido, eventualmente fazendo com que pequenos fragmentos se desprendam e voem. Esses fragmentos de material rico em nêutrons podem ser os locais em que os nêutrons se fundem em elementos cada vez mais pesados, Disse Kusenko.

Contudo, a probabilidade de uma estrela de nêutrons capturar um buraco negro é bastante baixa, disse Kusenko, o que é consistente com as observações de apenas algumas galáxias sendo enriquecidas em elementos pesados. A teoria de que os buracos negros primordiais colidem com estrelas de nêutrons para criar elementos pesados ​​também explica a falta observada de estrelas de nêutrons no centro da Via Láctea, um mistério de longa data na astrofísica.

Este inverno, Kusenko e seus colegas irão colaborar com cientistas da Universidade de Princeton em simulações de computador dos elementos pesados ​​produzidos por uma interação estrela de nêutrons-buraco negro. Ao comparar os resultados dessas simulações com observações de elementos pesados ​​em galáxias próximas, os pesquisadores esperam determinar se os buracos negros primordiais são de fato responsáveis ​​pelo ouro da Terra, platina e urânio.