Físico propõe que buracos negros são relacionados com a energia escura

Os fenômenos que mais chamam atenção no Universo são, geralmente, buracos negros, matéria escura e a energia escura. Isso porque o mistério e as questões em aberto em torno desses fenômenos atiçam a curiosidades tanto da comunidade científica quanto de pessoas fora da área. Os três fenômenos possuem uma ligação direta ou indireta com a interação gravitacional.

Enquanto os buracos negros são objetos onde o campo gravitacional é tão extremo que nem mesmo a luz consegue escapar, a energia escura representa um efeito que tem uma propriedade oposta. A energia escura faz com que os objetos no Universo se afastem cada vez mais e de forma acelerada. Apesar dos dois não serem relacionados, alguns físicos criaram hipóteses de que há uma ligação entre buracos negros e energia escura.

Um estudo publicado pela Universidade de Michigan propôs uma teoria sugerindo que os buracos negros poderiam ser responsáveis pela energia escura. A ideia vem da pergunta de onde a interação gravitacional é tão intensa quanto no início do Universo. A primeira coisa que vem a mente são os buracos negros que apresentam inclusive uma singularidade como no início de tudo. Em outras palavras, os buracos negros seriam inverso do Big Bang.

Formação de buracos negros

Quando estrelas massivas chegam ao final de suas vidas, elas entram em um processo chamado de supernova. Na supernova, parte do material é expelido em uma explosão enquanto o núcleo colapsa sob a própria gravidade. O colapso do núcleo em uma singularidade forma o objeto conhecido como buraco negro. Outro objeto que pode ser formado durante uma supernova é uma estrela de nêutrons.

Outro processo que pode formar buracos negros é chamado de colapso direto onde a explosão de uma supernova não acontece. Após a formação de um buraco negro estelar, ele pode crescer através de um processo chamado de acreção. Isso acontece quando o buraco negro atrai material ao seu redor, como gases ou até estrelas, que cai dentro dessa região onde nem mesmo a luz consegue escapar chamada de horizonte de eventos.

Energia escura

Já a energia escura representa um fenômeno misterioso que compõe cerca de 70% do Universo. Ela é responsável pela aceleração da expansão do Universo que foi observada na década de 90 através de observações de supernovas do tipo Ia. Como a energia escura faz com que os objetos se afastem aceleradamente, ela tem um efeito oposto ao da gravidade que faz com que os objetos se aproximem aceleradamente.

Entender a natureza da energia escura é importante para compreender a evolução do Universo e também sobre o futuro do Universo. Dependendo da quantidade de energia escura e de qual modelo é o correto, o Universo tem diferentes cenários finais como o Big Rip ou a Morte Térmica. Atualmente, astrônomos mapeiam o céu analisando a dinâmica e distância de galáxias para compreender os efeitos da energia escura tanto agora quanto no passado do Universo.

Inflação

E no passado, o Universo passou por uma era chamada de inflação onde foi um período de expansão acelerada logo após o Big Bang. Durante essa fase, o Universo expandiu exponencialmente indo de escalas atômicas até o tamanho de uma galáxia. Ela é chamada de primeira aceleração do Universo e responde questões sobre como o Universo tem mesma temperatura sem ter tido tempo de troca de informação.

As flutuações quânticas que existiam no Universo em seus primeiros momentos, foram ampliadas a escalas maiores criando regiões de estruturas como galáxias. É possível observar as pequenas flutuações na radiação cósmica de fundo obtida pelo Planck. O Universo continuou a se expandir após a inflação mas sem ser acelerado até cerca de bilhões de anis atrás onde a energia escura passou a dominar e uma nova aceleração surgiu.

Causa e efeito

Pesquisadores da Universidade de Michigan propuseram que os buracos negros seriam o oposto do que ocorreu durante a época da inflação. Nesse processo, a matéria dos buracos negros se tornariam energia escura durante o colapso. Isso aconteceria porque massa e energia estariam relacionadas pela famosa equação de Einstein, E = mc². Eles argumentam essa ideia com dados obtidos pelo instrumento de estudo de energia escura, DESI.

Os buracos negros poderiam se acoplar e crescer junto com o Universo em expansão. Os pesquisadores compararam dados do DESI com a quantidade de buracos negros estelares formados. Eles encontraram que os dados eram consistentes entre si, ou seja, quanto maior buracos negros formados, maior a quantidade de energia escura no Universo. Segundo eles, isso mostraria que há uma relação de buracos negros e energia escura.

Próximos passos

No passado, alguns artigos já argumentaram a favor da ligação entre buracos negros supermassivos e energia escura. Dessa vez, os buracos negros são estelares e que se formaram há pouco tempo, ou seja, buracos negros jovens. Eles teriam se formado em um pico de formação estelar e buracos negros.

Agora a pergunta é encontrar a dinâmica dos buracos negros, como eles se movimentaram nas galáxias ou até mesmo se foream expelidos nos últimos bilhões de anos. A ideia é continuar utilizando dados do DESI que possa responder as perguntas e confirmar se há realmente uma ligação entre buracos negros e energia escura.

Referência da notícia:

Croker et al. 2024 DESI dark energy time evolution is recovered by cosmologically coupled black holes Journal of Cosmology and Astroparticle Physics