Os buracos negros são a energia escura, propõem astrofísicos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/03/2023

O acoplamento cosmológico permite que os buracos negros cresçam em massa sem consumir gás ou estrelas.
[Imagem: UH Manoa]

Dinâmica dos buracos negros

E se não existir energia escura, e os buracos negros puderem explicar todos os nossos dados observacionais, incluindo a aceleração da expansão do Universo?

Esta é a proposta lançada agora por uma equipe de astrônomos e astrofísicos liderados por Duncan Farrah e Kevin Croker, da Universidade da Manoa, no Havaí.

Embora tenhamos boas hipóteses, teorias e modelos para entender o Universo, a grande maioria desse arcabouço é extremamente simplificado. Afinal, é impossível colocar a realidade inteira na teoria e só podemos colocar em nossos modelos os dados de que dispomos - e dispomos de bem poucos dados.

Por exemplo, faz poucos anos que começamos a detectar as ondas gravitacionais, que nos deram informações sobre buracos negros se fundindo. E este é um dado importante porque, em termos observacionais, não sabemos quase nada sobre os buracos negros, embora sua massa e gravidade sejam tão desproporcionalmente grandes em relação a tudo o mais no Universo que eles devem ter um papel preponderante na estrutura do próprio Universo.

Neste caso, porém, até poucos anos atrás só tínhamos teorias, sem nenhum dado concreto. Por exemplo, as teorias atuais dos buracos negros só vêm esses monstros engolidores de matéria no quadro de um universo estático, quando toda a astronomia hoje trabalha com a noção não apenas de um universo em expansão, mas de um universo cuja expansão está se acelerando.

"Quando o LIGO ouviu o primeiro par de buracos negros se fundindo no final de 2015, tudo mudou," disse Croker. "O sinal estava de acordo com as previsões no papel, mas como estender essas previsões para milhões ou bilhões de anos? Como combinar esse modelo de buracos negros com nosso Universo em expansão? Não estava claro como fazer isso."

Tentativas de detectar a energia escura segundo outras explicações não têm dado resultados.
[Imagem: A. Schaller (STScI)/ESA]

Acoplamento cosmológico

Com o rápido desenvolvimento da astronomia de ondas gravitacionais, a equipe acredita que agora já tem dados suficientes para analisar os buracos negros não apenas como eles são hoje, mas cobrindo uma janela temporal de quase 9 bilhões de anos de hoje rumo ao passado.

Ao analisar esses dados, a equipe encontrou a primeira evidência do "acoplamento cosmológico", um fenômeno só recentemente previsto na teoria da gravidade de Einstein, segundo o qual diferentes componentes cosmológicos, incluindo a matéria escura, a energia escura e a nossa tradicional matéria bariônica, interagem uns com os outros de uma forma que afeta a estrutura em larga escala e a evolução do Universo.

Acontece que essa proposta teórica só funciona quando os buracos negros são colocados dentro de um modelo de universo em evolução, como acreditamos que seja o nosso. É isso o que a equipe acredita ter conseguido agora, depois de estudar buracos negros supermassivos no coração de galáxias antigas e adormecidas.

"Há muitos comportamentos diferentes para buracos negros em galáxias medidos na literatura e não havia realmente nenhum consenso," justificou Sara Petty, coautora da pesquisa. "Decidimos que, focando apenas em buracos negros em galáxias elípticas de evolução passiva, poderíamos eliminar essas discrepâncias."

As conclusões da equipe exigiram a publicação de dois artigos.

Outra proposta para descartar a energia escura envolve uma matéria escura magnética.
[Imagem: DES/CTIO/NOIRLab/NSF/DOE/AURA]

"Buracos negros são a energia escura"

O primeiro artigo demonstra que esses buracos negros ganham massa ao longo de bilhões de anos de uma maneira que não pode ser facilmente explicada pelos processos usados até agora para explicar as galáxias e os buracos negros, incluindo o ganho de massa por fusões, engolimentos de estrelas ou por acreção de gás.

O segundo artigo conclui que o crescimento desses buracos negros em termos de massa corresponde às previsões de buracos negros que não apenas se acoplam cosmologicamente, mas que também absorvem a energia do vácuo - material que resulta da compressão da matéria o máximo possível sem quebrar as equações de Einstein, evitando assim uma singularidade.

Eliminando as singularidades, a equipe mostra que a energia do vácuo combinada dos buracos negros produzida nas mortes das primeiras estrelas do Universo bate com a quantidade estimada de energia escura em nosso Universo - em termos simples, a energia escura deixa de ser necessária para explicar nosso Universo.

"Não é que outras pessoas não tenham proposto fontes para a energia escura, mas este é o primeiro artigo observacional em que não estamos adicionando nada de novo ao Universo como fonte de energia escura: Os buracos negros na teoria da gravidade de Einstein são a energia escura.

"Nós estamos de fato dizendo duas coisas ao mesmo tempo: Que há evidências de que as soluções típicas dos buracos negros não funcionam para você em uma escala de tempo muito, muito longa, e que nós temos a primeira fonte astrofísica proposta para a energia escura," disse Farrah.

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