Buracos negros primordiais e a busca por matéria escura no Multiverso
O Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo (Kavli IPMU) é famoso pela abundância de projetos interdisciplinares que são possíveis devido à presença de um grande número de especialistas altamente qualificados em várias áreas do conhecimento científico. Um desses projetos é o estudo de buracos negros que podem ter se formado no início do universo, antes da formação de estrelas e galáxias.
Esses buracos negros primordiais podem ser responsáveis por toda ou parte da matéria escura do Universo, por alguns dos sinais de ondas gravitacionais observados, e também servem como sementes de buracos negros supermassivos localizados no centro de nossa e de outras galáxias.
Para entender melhor os buracos negros primordiais, uma equipe liderada por Alexander Kusenko do Kavli IPMU se voltou para o estudo do universo primordial. O universo primitivo era tão denso que qualquer flutuação de densidade positiva maior que 50 por cento poderia levar à formação de um buraco negro. No entanto, a ciência sabe que a magnitude das perturbações cosmológicas que deram origem aos embriões de galáxias foram muito menores. No entanto, uma série de processos ocorridos no início do Universo podem levar ao surgimento de condições favoráveis à formação de buracos negros.
Uma possibilidade intrigante é que os buracos negros primordiais podem ter se formado a partir de "universos filhos" durante a inflação, um período de rápida expansão do universo que se acredita dar origem às principais estruturas observadas no mundo moderno, como galáxias e aglomerados de galáxias. Os universos filhos relativamente pequenos entraram em colapso com a liberação de uma grande quantidade de energia em um pequeno volume e, portanto, formaram buracos negros, explicaram os autores. Os grandes universos filhos experimentaram expansão inflacionária, no entanto, de acordo com as disposições da teoria da relatividade de Einstein, após a expansão eles se tornaram enormes apenas para o observador interno, enquanto que para o observador externo - isto é, você e eu - esses universos filhos também deveriam aparecer como buracos negros, acrescentou eles.
Em seu trabalho, a equipe de Kusenko descreveu um novo cenário para a formação de buracos negros primordiais e mostrou que os buracos negros que se formam de acordo com o cenário do Multiverso podem ser detectados usando a câmera Hyper Suprime-Cam (HSC) do telescópio Subaru de 8,2 metros. A singularidade desta câmera reside no fato de que ela pode tirar fotos detalhadas de toda a galáxia de Andrômeda como um todo - e se neste momento um buraco negro primordial passar na frente de uma das estrelas da galáxia, então será possível determinar a massa de tal buraco negro. A equipe Kavli IPMU relatou anteriormente em um estudo publicado (Takada et al., 2019, Nature Astronomy 3, 524-534) um novo candidato intrigante para um buraco negro primordial detectado pela câmera HSC.
A pesquisa está publicada na revista Physical Review Letters.