Crédito:Instituto de Física de Leiden
O que é matéria escura? Como se formam os buracos negros supermassivos? Os buracos negros primordiais podem conter a resposta a esta pergunta de longa data. Leiden e cosmologistas chineses identificaram uma nova maneira pela qual esses objetos hipotéticos poderiam ser produzidos imediatamente após o Big Bang. A pesquisa deles foi publicada em Cartas de revisão física .
Em sua busca para compreender o universo, os cientistas se deparam com alguns grandes enigmas não resolvidos. Por exemplo, as estrelas se movem em torno das galáxias como se houvesse cinco vezes mais massa presente do que a observada. O que faz compreender esta matéria escura? E outro enigma:as galáxias abrigam enormes buracos negros em seus núcleos, pesando milhões de massas solares. Em galáxias jovens, estrelas em colapso não tiveram tempo suficiente para crescer tanto. Como esses chamados buracos negros supermassivos se formaram?
Os cosmologistas propuseram uma solução hipotética que poderia resolver um dos dois enigmas. Buracos negros primordiais, surgiu logo após o Big Bang, têm a capacidade de permanecer minúsculos ou de ganhar massa rapidamente. No caso antigo, eles são candidatos à matéria escura. No último caso, eles poderiam servir como sementes para buracos negros supermassivos. O cosmólogo Dong-Gang Wang da Universidade de Leiden e seus colegas chineses Yi-Fu Cai, Xi Tong e Sheng-Feng Yan, da Universidade USTC, relataram uma nova maneira pela qual os buracos negros primordiais poderiam ter se formado na época do Big Bang.
Esta figura mostra a fração da matéria escura devido aos buracos negros primordiais (eixo vertical), em função de sua massa individual em massas solares (eixo horizontal). As áreas sombreadas são excluídas por observações astronômicas. O efeito de ressonância se manifesta como picos estreitos (linhas pontilhadas vermelhas e azuis) que mostram a distribuição de massa dos buracos negros primordiais. Como os picos são estreitos, todos os buracos negros primordiais têm a mesma massa. Para o nosso Universo, há apenas um pico real, dependendo dos detalhes (ainda desconhecidos) do Big Bang. Por exemplo, o pico azul corresponde a buracos negros de cerca de 10 - 100 massas solares - a faixa recentemente detectada pelo experimento de ondas gravitacionais LIGO / VIRGO. Crédito:Instituto de Física de Leiden
Depois do Big Bang, o universo continha pequenas perturbações de densidade causadas por flutuações quânticas aleatórias. Estes são grandes o suficiente para formar estrelas e galáxias, mas muito pequeno para se transformar em buracos negros primordiais por conta própria. Wang e seus colaboradores identificaram um novo efeito de ressonância que torna possível os buracos negros primordiais, aumentando certas perturbações seletivamente. Isso leva à previsão de que todos os buracos negros primordiais deveriam ter aproximadamente a mesma massa. Os picos estreitos na figura 1 mostram uma gama de massas possíveis como consequência da ressonância.
Modelo viável
"Outros cálculos têm maneiras diferentes de aumentar as perturbações, mas ter problemas, "diz Wang." Usamos ressonância durante a inflação, quando o universo cresceu exponencialmente logo após o Big Bang. Nossos cálculos são simples o suficiente para que possamos trabalhar com isso. Na realidade, o mecanismo pode ser mais complicado, mas isso é um começo. Os picos estreitos que obtemos são inerentes ao mecanismo, porque usa ressonância. "
