Físicos propõe novas teorias dos primeiros buracos negros do universo

Traduzido de Phys.org

Físicos da UCLA(Universidade da Califórnia, Los Angeles) propuseram novas teorias para como os primeiros buracos negros se formaram e seu papel na produção de elementos pesados como ouro, platina e urânio.

Dois artigos foram publicados no periódico Physical Review Letters.

Uma grande questão da astrofísica é se o primeiro buraco negro veio a existir em menos de um segundo após o Big Bang ou formou-se apenas milhões de anos depois, após a morte das primeiras estrelas.

Alexander Kusenko, professor de física da UCLA, e Eric Cotner, estudante de pós-graduação, desenvolveram uma teoria simples e convincente que sugere que os buracos negros podem ter se formado pouco após o Big Bang, muito antes das primeiras estrelas brilharem. Astrônomos sugeriram previamente que os ditos “buracos negros primordiais” podem ser responsáveis por toda ou parte da misteriosa matéria escura e que eles podem ter dado origem aos buracos negros supermassivos que existem nos centros das galáxias. A nova teoria propõe que buracos negros primordiais podem ajudar na criação de muitos elementos pesados encontrados na natureza.

Os pesquisadores começaram considerando que um campo de energia uniforme impregnara o universo pouco após o Big Bang. Cientistas esperam que tais campos existiram no passado distante. Após a rápida expansão do universo, o campo de energia teria se separado em “aglomerados”. A gravidade causou a atração dos aglomerados, promovendo sua fusão. Os cientistas da UCLA propuseram que algumas frações desses aglomerados tornaram-se densas o bastante para formar buracos negros.

A hipótese é bastante genérica, diz Kusenko, e não depende do que ele chama de “coincidências improváveis” que embasam outras teorias que explicam os buracos negros primordiais.

O artigo sugere que é possível procurar por esses buracos negros primordiais usando observações astronômicas. Um método envolve a medição de pequenas mudanças no brilho de uma estrela, resultante de efeitos gravitacionais de um buraco negro primordial que passa entre a Terra e a estrela. Neste ano, astrônomos japoneses e estadunidenses publicaram um artigo sobre a descoberta de uma estrela em uma galáxia próxima cujo brilho diminuiu precisamente como se um buraco negro primordial tivesse passado em sua frente.

A pesquisa também sugere que buracos negros primordiais ocasionalmente colidem com estrelas de nêutrons – a gigantesca remanescente de uma estrela que se forma ocasionalmente após uma supernova – e afunda em suas profundezas.

De acordo com Kusenko, quando isso acontece, o buraco negro primordial consume a estrela de nêutrons de dentro para fora, um processo que dura cerca de 10.000 anos. Enquanto a estrela de nêutrons encolhe, gira mais rápido, eventualmente causando o desprendimento de pequenos fragmentos. Esses fragmentos podem ser os locais onde os nêutrons se fundem em elementos pesados, disse Kusenko.

Entretanto, a probabilidade de uma estrela de neutrôns capturar um buraco negro é baixa, o que é consistente com as observações de que apenas algumas galáxias são ricas em elementos pesados. Essa teoria também explica o baixo número de estrelas de nêutrons encontradas no centro da Via Láctea, um antigo mistério da astrofísica.

Neste fim de ano, Kusenko e seus colegas colaborarão com cientistas da Universidade de Princeton para realizar simulações computacionais de elementos pesados produzidos por uma interação estrela de nêutrons-buraco negro. Comparando os resultados dessas simulações com observações de elementos pesados em galáxias próximas, os pesquisadores esperam determinar se os buracos negros primordiais são os responsáveis pelos elementos pesados terrestres.

Referências:

Physicists propose new theories of black holes from the very early universe: https://phys.org/news/2017-09-physicists-theories-black-holes-early.html

sobre-o-autor-gabriel-deschamps

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