Buracos negros primordiais (PBHs) são objetos que se formaram apenas frações de segundo após o Big Bang, considerado por muitos pesquisadores entre os principais candidatos na explicação da natureza da matéria escura, acima de tudo seguindo observações diretas de ondas gravitacionais pelos detectores VIRGO e LIGO em 2016. "Testamos um cenário em que a matéria escura é composta por buracos negros não estelares, formado no universo primordial, "diz Riccardo Murgia, autor principal do estudo publicado recentemente em Cartas de revisão física . A pesquisa foi realizada junto com seus colegas Giulio Scelfo e Matteo Viel da SISSA - Escola Internacional de Estudos Avançados e INFN - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (divisão de Trieste) e Alvise Raccanelli do CERN.

"Os buracos negros primordiais permanecem objetos hipotéticos no momento, mas eles estão previstos em alguns modelos do universo primordial, "diz Raccanelli do CERN." Inicialmente proposto por Stephen Hawking em 1971, eles voltaram à tona nos últimos anos como possíveis candidatos para explicar a matéria escura. Acredita-se que a matéria escura seja responsável por aproximadamente 80 por cento de toda a matéria presente no universo, então, explicar apenas uma pequena parte disso seria uma grande conquista. Em busca de evidências da existência de PBHs, ou excluindo sua existência, também nos fornece informações de considerável relevância sobre a física do universo primordial. "

Florestas cósmicas e teias de aranha

Nesse trabalho, os cientistas se concentraram na abundância de PBHs que são 50 vezes mais massivos que o sol. Resumidamente, os pesquisadores tentaram descrever melhor vários parâmetros ligados à sua presença (especificamente massa e abundância), analisando a interação da luz emitida por quasares extremamente distantes com a teia cósmica, uma rede de filamentos composta de gás e matéria escura presente em todo o universo.

Dentro desta trama densa, os estudiosos se concentraram na chamada floresta Lyman-alfa, as interações dos fótons com o hidrogênio dos filamentos cósmicos, que apresenta características intimamente ligadas à natureza fundamental da matéria escura.

Entre Supercomputadores e Telescópios

Simulações realizadas com o supercomputador Ulysses do SISSA e ICTP foram capazes de reproduzir as interações entre fótons e hidrogênio. Os modelos foram comparados com interações reais detectadas pelo telescópio Keck no Havaí. Os pesquisadores foram então capazes de rastrear várias propriedades dos buracos negros primordiais para entender os efeitos de sua presença.

"Usamos um computador para simular a distribuição de hidrogênio neutro em escalas sub-galácticas, que se manifesta na forma de linhas de absorção nos espectros de fontes distantes, "diz Murgia." Comparando os resultados das nossas simulações com os dados observados, é possível estabelecer limites para a massa e abundância dos buracos negros primordiais e determinar se e em que medida tais candidatos constituem matéria escura. "

Os resultados do estudo parecem prejudicar o caso de toda matéria escura ser composta por um certo tipo de buraco negro primordial (aqueles com uma massa maior que 50 vezes a do sol), mas não excluem totalmente que possam constituir uma fração. disso.

"Desenvolvemos uma nova maneira de explorar de forma fácil e eficiente cenários alternativos do modelo cosmológico padrão, segundo o qual a matéria escura seria, em vez disso, composta de partículas massivas de interação fraca (WIMPs). "

Esses resultados, importante para a construção de novos modelos teóricos e para o desenvolvimento de novas hipóteses sobre a natureza da matéria escura, oferecem indicações muito mais precisas para traçar o caminho intrincado para a compreensão de um dos maiores mistérios do cosmos.