Buracos negros primordiais criados nos primeiros instantes após o Big Bang – minúsculos menores que a cabeça de um alfinete e supermassivos cobrindo bilhões de quilômetros – podem ser responsáveis ​​por toda a matéria escura do universo.
Essa é a implicação de um novo modelo do universo primitivo criado por astrofísicos de Yale, da Universidade de Miami e da Agência Espacial Européia (ESA). Se comprovado com dados do Telescópio Espacial James Webb, que será lançado em breve, a descoberta transformaria a compreensão dos cientistas sobre as origens e a natureza da matéria escura e dos buracos negros.

Acredita-se que a matéria escura – que nunca foi observada diretamente – constitui a maior parte da matéria no universo e atua como o andaime invisível sobre o qual as galáxias se formam e se desenvolvem. Os físicos passaram anos testando uma variedade de candidatos à matéria escura, incluindo partículas hipotéticas, como neutrinos estéreis, partículas massivas de interação fraca (WIMPS) e áxions.

Buracos negros, por outro lado, foram observados. Um buraco negro é um ponto no espaço onde a matéria é tão compactada que cria uma gravidade intensa. Nem mesmo a luz pode resistir à sua atração. Os buracos negros são encontrados nos centros da maioria das galáxias.

O novo estudo, aceito para publicação no The Astrophysical Journal , remonta a uma teoria proposta pela primeira vez na década de 1970 pelos físicos Stephen Hawking e Bernard Carr. Na época, Hawking e Carr argumentaram que, na primeira fração de segundo após o Big Bang, pequenas flutuações na densidade do universo podem ter criado uma paisagem ondulante com regiões "irregulares" que tinham massa extra. Essas áreas irregulares entrariam em colapso em buracos negros.

Embora a teoria não tenha ganhado força dentro da comunidade científica mais ampla, o novo estudo sugere que, se modificado um pouco, poderia ter poder explicativo, afinal.

Se a maioria dos buracos negros primordiais "nasceu" com um tamanho de aproximadamente 1,4 vezes a massa do Sol da Terra, eles poderiam ser responsáveis ​​por toda a matéria escura, disse o professor de astronomia e física de Yale, Priyamvada Natarajan, o teórico do artigo.

Natarajan e seus colegas dizem que seu novo modelo mostra que as primeiras estrelas e galáxias teriam se formado em torno de buracos negros no início do universo. Além disso, ela disse, os buracos negros primordiais teriam a capacidade de se transformar em buracos negros supermassivos, banqueteando-se com gás e estrelas em sua vizinhança, ou fundindo-se com outros buracos negros.

"Os buracos negros primordiais, se existirem, podem muito bem ser as sementes das quais todos os buracos negros supermassivos se formam, incluindo aquele no centro da Via Láctea", disse Natarajan.

"O que acho pessoalmente super empolgante nessa ideia é como ela unifica elegantemente os dois problemas realmente desafiadores em que trabalho - o de sondar a natureza da matéria escura e a formação e crescimento de buracos negros - e os resolve de uma só vez, " ela adicionou.

A missão do telescópio James Webb será encontrar as primeiras galáxias que se formaram no início do universo e ver estrelas formando sistemas planetários.

O primeiro autor do novo estudo é Nico Cappelluti, ex-bolsista de pós-doutorado do Yale Center for Astronomy &Astrophysics Prize que agora é professor assistente de física na Universidade de Miami. Günther Hasinger, diretor de ciência da ESA, é o segundo autor do estudo.

“Nosso estudo mostra que, sem introduzir novas partículas ou nova física, podemos resolver mistérios da cosmologia moderna, desde a natureza da própria matéria escura até a origem dos buracos negros supermassivos”, disse Cappelluti.

Os buracos negros primordiais também podem resolver outro quebra-cabeça cosmológico:o excesso de radiação infravermelha, sincronizada com a radiação de raios X, que foi detectada de fontes distantes e fracas espalhadas pelo universo. Natarajan e seus colegas disseram que buracos negros primordiais crescentes apresentariam "exatamente" a mesma assinatura de radiação.

O melhor de tudo é que a existência de buracos negros primordiais pode ser comprovada – ou refutada – em um futuro próximo, cortesia do Telescópio Espacial James Webb e da missão LISA (Laser Interferometer Space Antenna) da ESA anunciada para a década de 2030.

Se a matéria escura é composta de buracos negros primordiais, mais estrelas e galáxias teriam se formado em torno deles no início do universo – precisamente a época em que o telescópio James Webb será capaz de ver. Enquanto isso, o LISA será capaz de captar sinais de ondas gravitacionais das primeiras fusões de buracos negros primordiais.

"Se as primeiras estrelas e galáxias já se formaram na chamada 'idade das trevas', Webb deve ser capaz de ver evidências delas", disse Hasinger.

Natarajan acrescentou:"Foi irresistível explorar essa ideia profundamente, sabendo que ela tinha potencial para ser validada em breve".