Em fevereiro de 2016, os cientistas que trabalhavam no Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO) fizeram história quando anunciaram a primeira detecção de ondas gravitacionais. Desde então, várias detecções ocorreram e colaborações científicas entre observatórios - como Advanced LIGO e Advanced Virgo - estão permitindo níveis sem precedentes de sensibilidade e compartilhamento de dados.
Este evento não apenas confirmou uma previsão de um século feita pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein, mas também levou a uma revolução na astronomia. Também alimentou as esperanças de alguns cientistas que acreditavam que os buracos negros poderiam ser responsáveis pela "massa perdida" do Universo. Infelizmente, um novo estudo realizado por uma equipe de físicos da UC Berkeley mostrou que os buracos negros não são a fonte de Dark Matter há muito procurada.
Seu estudo, “Limites em Objetos Compactos de Massa Estelar como Matéria Escura de Lentes Gravitacionais de Supernovas Tipo Ia”, apareceu recentemente no Cartas de Revisão Física. O estudo foi liderado por Miguel Zumalacarregu, bolsista global Marie Curie no Centro de Física Cosmológica de Berkeley (BCCP), com o apoio de Uros Seljak - professor de cosmologia e co-diretor do BCCP.
Simplificando, Dark Matter continua sendo um dos mistérios mais esquivos e problemáticos que os astrônomos enfrentam atualmente. Apesar de representar 84,5% da matéria no Universo, todas as tentativas de descobri-la até agora fracassaram. Muitos candidatos foram propostos, variando de partículas ultraleves (axions) a Partículas Massivas de Interação Fraca (WIMPS) e Objetos de Halo Compactos Massivos (MACHOs).
No entanto, esses candidatos variam em massa na ordem de 90, que vários teóricos tentaram resolver propondo que poderia haver vários tipos de matéria escura. No entanto, isso exigiria explicações diferentes para suas origens, o que apenas complicaria ainda mais os modelos cosmológicos. Como Miguel Zumalacárregui explicou em um recente comunicado de imprensa da UC Berkeley:
“Eu posso imaginar dois tipos de buracos negros, muito pesados e muito leves, ou buracos negros e novas partículas. Mas, nesse caso, um dos componentes tem ordens de magnitude mais pesadas que o outro e precisam ser produzidos em abundância comparável. Passaríamos de algo astrofísico para algo verdadeiramente microscópico, talvez até o mais leve do universo, e isso seria muito difícil de explicar. ”
Para o estudo, a equipe conduziu uma análise estatística de 740 das supernovas mais brilhantes descobertas (a partir de 2014) para determinar se alguma delas havia sido ampliada ou iluminada pela presença de um buraco negro. Esse fenômeno, onde a força gravitacional de um objeto grande aumenta a luz proveniente de objetos mais distantes, é conhecido como "lente gravitacional".
Basicamente, se os buracos negros fossem a forma dominante de matéria no Universo, as supernovas gravitacionalmente ampliadas ocorreriam com bastante frequência por causa dos buracos negros primordiais. Acredita-se que essas formas hipotéticas de buraco negro tenham se formado nos primeiros milissegundos após o Big Bang em partes do Universo onde a massa estava concentrada em dezenas ou centenas de massas solares, causando a formação dos primeiros buracos negros.
A presença dessa população de buracos negros, assim como quaisquer objetos compactos maciços, dobraria gravitacionalmente e aumentaria a luz de objetos distantes a caminho da Terra. Isso seria especialmente verdadeiro para as supernovas distantes do Tipo Ia, que os astrônomos usam há décadas como fonte de brilho padrão para medir distâncias cósmicas e a taxa na qual o Universo está se expandindo.
No entanto, após realizar uma análise estatística complexa dos dados sobre o brilho e a distância das 740 supernovas - 580 na União e 740 nos catálogos da Joint Light-curve Analysis (JLA) - a equipe concluiu que oito das supernovas deveriam ser mais brilhantes por um alguns décimos de um por cento do que o que tem sido historicamente observado. No entanto, esse brilho não foi detectado, mesmo quando foram considerados os buracos negros de baixa massa.
"Você não pode ver esse efeito em uma supernova, mas quando você as junta e faz uma análise bayesiana completa, começa a impor restrições muito fortes à matéria escura, porque cada supernova conta e você tem muitas delas", disse Zumalacárregui.
A partir de suas análises, eles concluíram que os buracos negros não podem representar mais de 40% da matéria escura no Universo. Depois de incluir 1.048 supernovas mais brilhantes do catálogo Pantheon (e a distâncias maiores), as restrições se tornaram ainda mais rígidas. Com esse segundo conjunto de dados, eles obtiveram um limite superior ainda mais baixo - 23% - do que na análise original.
Esses resultados sugerem que nenhuma das matérias escuras do Universo consiste em buracos negros pesados ou objetos maciços semelhantes, como os MACHO. "Estamos de volta às discussões padrão", disse Seljak. “O que é matéria escura? Na verdade, estamos ficando sem boas opções. Este é um desafio para as gerações futuras. ”
Este estudo foi baseado em pesquisas anteriores conduzidas por Seljak no final dos anos 90, quando os cientistas consideravam os MACHOs e outros objetos maciços como uma possível fonte de matéria escura. No entanto, o estudo foi limitado devido ao fato de apenas um pequeno número de supernovas distantes do Tipo Ia ter sido descoberto ou ter suas distâncias medidas na época.
Além disso, a busca por Dark Matter mudou pouco depois de objetos grandes para partículas fundamentais (como WIMPs). Como resultado, os planos de acompanhamento estudados não se concretizaram. Mas, graças às observações do LIGO das ondas gravitacionais, a possível conexão entre buracos negros e matéria escura emergiu mais uma vez e inspirou Seljak e Zumalacárregui a conduzir suas análises.
"O que foi intrigante é que as massas dos buracos negros no evento LIGO estavam exatamente onde os buracos negros ainda não haviam sido excluídos como matéria escura", disse Seljak. “Foi uma coincidência interessante que empolgou todo mundo. Mas foi uma coincidência.
A teoria da matéria escura foi adotada oficialmente na década de 1970, durante a "Era de ouro da relatividade", para explicar as discrepâncias entre a massa aparente de objetos no Universo e seus efeitos gravitacionais observados. Parece que meio século depois, ainda estamos tentando rastrear essa massa misteriosa e invisível. Porém, a cada estudo, restrições adicionais estão sendo impostas ao Dark Matter e possíveis candidatos eliminados.
Com o tempo, podemos apenas desvendar esse mistério cosmológico e estar um passo mais perto de entender como o Universo se formou e evoluiu.
