Buracos Negros podem ser a origem de energia escura?

Estudo publicado essa semana argumenta que a origem da energia escura pode estar conectada com os buracos negros. Se o estudo for comprovado, é o primeiro passo para compreender como o Universo se expande e a natureza da energia escura.

buraco negro Roberta Duarte
Cientistas encontram evidências de que buracos negros podem ser os responsáveis pela energia escura e pela expansão do Universo.

Desde as primeiras observações do astrônomo Edwin Hubble no começo do século passado, sabemos que o Universo está se expandindo de forma acelerada. Recentemente, observações mostraram que o Universo não teve uma taxa de expansão constante e algo o acelerou nos últimos bilhões de anos.

A explicação para o que está expandindo o Universo é o conceito de energia escura. A ideia de energia escura nasceu como uma proposta de algo que agiria contra a gravidade, ou seja, enquanto a gravidade atuaria de forma atrativa, a energia escura atuaria de formar a repelir.

A energia escura compõe aproximadamente 70% do Universo mas não sabemos muito sobre a natureza dela.

Pesquisadores da Universidade do Havaí publicaram argumentos que talvez nos dê uma luz na pergunta. A energia escura seria um efeito associado aos buracos negros supermassivos.

Buracos Negros Supermassivos

Buracos negros supermassivos são objetos que possuem milhões até bilhões de massas solares. Esses objetos possuem raios que podem ser um pouco menor que o raio da órbita de Mercúrio até muito maiores que o Sistema Solar.

Acreção é o quanto os buracos negros se alimentam de matéria.

A própria Via Láctea possui um buraco negro supermassivo em seu centro, o Sagittarius A* (Sgr A*), de 4 milhões de massas solares. Ano passado, a primeira foto do Sgr A* foi divulgada pela colaboração Event Horizon Telescope.

Primeira foto do buraco negro supermassivo do centro da Via Láctea.
Primeira foto do Sgr A*, o buraco negro supermassivo de 4 milhões de massas solares no centro da Via Láctea. Crédito: Event Horizon Telescope Collaboration

Em 2020, o prêmio Nobel de Física foi entregue aos pesquisadores Andrea Ghez e Reinhard Genzel, os primeiro a encontrarem indícios da existência do Sgr A*.

Apesar de sabermos onde eles estão e até possuirmos duas fotos desses objetos, a origem dos buracos negros supermassivos é incerta. Segundo modelos de acreção e mergers - quando dois buracos negros se fundem -, não haveria tempo hábil no Universo para eles chegarem ao tamanho que chegaram.

Alguns estudos indicam que a taxa de acreção - o quanto os buracos negros se alimentam de matéria - de buracos negros supermassivos muda em função do tempo. E alguns físicos sugerem que pode estar acoplado com a taxa de expansão do Universo.

Constante Cosmológica e Expansão do Universo

Albert Einstein havia introduzido uma constante cosmológica em suas famosas equações mas ele próprio descartou assumindo ser um erro. Décadas mais tarde, físicos ressuscitaram a constante cosmológica. A constante cosmológica está associada à energia do vácuo.

A ideia é que a energia do vácuo estaria espalhada por todo o espaço-tempo e poderia exercer um efeito oposto ao da gravidade. Assim, a energia do vácuo se torna uma candidata a explicar a energia escura.

Apesar de ser esperada que esteja espalhada por todo o espaço-tempo, algumas ideias sugerem que ela pode estar concentrada em algumas regiões, por exemplo, o interior de buracos negros.

Para confirmar essa afirmação, seria necessário provar que a massa dos buracos negros muda conforme o Universo se expande, já que a energia do vácuo seria responsável pelos dois.

Foi isso que os pesquisadores da Universidade do Havaí publicaram essa semana, eles encontraram evidências que a taxa de acreção de buracos negros supermassivos está correlacionada com a expansão do Universo.

Buracos negros crescem está correlacionado com expansão do Universo?

O time de pesquisadores estudou galáxias elípticas que possuíam pouco material para os buracos negros supermassivos em seus centros se alimentarem. Ao estudarem esses buracos negros em um intervalo de 9 bilhões de anos, perceberam que eles cresceram muito em relação à suas galáxias hospedeiras.

Isso leva a questão: como esses objetos podem ter crescido tanto se não havia material no seu ambiente para se alimentarem? Então eles procuraram outras respostas e perceberam que havia uma correlação entre o quanto esses objetos crescem e a expansão do Universo.

Os pesquisadores sugeriram que o crescimento pode estar relacionado à quantidade de energia do vácuo no centro desses objetos. Quanto mais o Universo se expande, maior é o efeito da energia do vácuo e os buracos negros supermassivos ganhariam mais massa para contrabalancear o efeito.

Porém, é necessário mais estudos para entender a origem desse fenômeno e se eles de fato estão relacionados. Alguns físicos teóricos sugerem que essa correlação é apenas uma coincidência e não está implicando causalidade.