A matéria escura resolve o mistério de como existem buracos negros supermassivos: WebCuriosos
A matéria escura poderia fornecer aos buracos negros supermassivos os freios necessários para colidi-los no final de uma longa e espiralada jornada em direção ao seu destino.
De acordo com a nova modelagem matemática, um enigma conhecido como problema do parsec final pode ser resolvido pela presença de partículas de matéria escura autointeragentes que permanecem agrupadas em torno dos buracos negros, permitindo-lhes cruzar a distância final entre eles.
É uma descoberta que sugere que a matéria misteriosa que dá ao Universo a sua gravidade extra deve, portanto, ser capaz de interagir consigo mesma, uma vez que o problema não pode ser resolvido com modelos de matéria escura não interagentes.
“Mostramos que incluir o efeito anteriormente negligenciado da matéria escura pode ajudar os buracos negros supermassivos a superar este parsec final de separação e coalescer,” diz o físico Gonzalo Alonso-Álvarez da Universidade de Toronto e da Universidade McGill. “Nossos cálculos explicam como isso pode ocorrer, em contraste com o que se pensava anteriormente”.
Encontrados no coração das galáxias, os buracos negros supermassivos apresentam aos astrônomos um enorme quebra-cabeça. Sabemos que buracos negros de tamanho menor se formam a partir de núcleos colapsados de estrelas massivas que ficaram sem combustível de fusão e atingiram o limite cósmico. Estas massas menores podem fundir-se em massas maiores; a fusão de buracos negros mais massiva detectada até agora produziu um objeto com massa equivalente a 142 Sóis.
Os buracos negros supermassivos têm entre milhões e bilhões de vezes a massa do Sol. É razoável supor que eles possam atingir esse tamanho ao se fundirem com outros buracos negros de tamanho monstruoso. Vimos até buracos negros supermassivos circulando uns aos outros depois que suas galáxias se fundiram, ao longo da história do Universo, aparentemente em uma eventual rota de colisão.
O que não está claro, porém, é como esses buracos negros supermassivos colidem. De acordo com os modelos, à medida que os buracos negros supermassivos circulam entre si, transferem a sua energia orbital para as estrelas e para o gás que os rodeia, fazendo com que a sua órbita se torne cada vez mais pequena. À medida que a separação diminui, a quantidade de coisas que podem roubar seu impulso também diminui.
Quando estão separados por cerca de um parsec – cerca de 3,2 anos-luz – a sua vizinhança galáctica já não consegue suportar mais decaimento orbital, pelo que a órbita dos buracos negros estabiliza durante o que poderá ser um período de tempo muito longo. Quanto tempo? Bem, pelo menos há mais tempo do que o Universo existe.
Uma forma de determinar se os buracos negros supermassivos realmente se fundiram no passado envolve ondas gravitacionais; vastas ondulações na estrutura do espaço-tempo causadas por grandes massas quando mudam de velocidade. Se buracos negros supermassivos estão colidindo em todo o Universo, deveria haver um “zumbido” de fundo característico de ondas gravitacionais de frequência muito baixa ondulando constantemente por todo o Universo.
Finalmente detectamos um zumbido de onda gravitacional de fundo. O que sugere que estamos perdendo uma parte crítica da história da colisão de buracos negros supermassivos.
Este é o problema final do parsec.
A matéria escura pode ser o que estamos perdendo. No entanto, de acordo com modelos anteriores de fusão de buracos negros supermassivos, a sua interação gravitacional também deveria ejetar partículas de matéria escura para longe do sistema que, de outra forma, poderiam absorver a última porção de energia orbital.
Agora, o problema com a matéria escura é que não sabemos o que ela é. Não interage com a matéria normal do Universo para além da sua força gravitacional, tornando-o extremamente difícil de sondar. Na verdade, chamamos-lhe matéria escura como um termo substituto, e os cientistas estão a tentar descobrir as suas propriedades estudando o comportamento do Universo de outras formas.
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Alonso-Álvarez e os seus colegas questionaram-se se estaríamos a ser demasiado precipitados ao descartar a matéria escura como solução, por isso conceberam modelos matemáticos para testá-la. E eles descobriram aquela matéria escura que interage consigo mesmo pode permanecer nas proximidades de buracos negros supermassivos em fusão – dando aos buracos negros algo para passar a sua última energia orbital para que possam finalmente abraçar-se, formando um buraco negro supermassivo extragrande.
No momento, os resultados são bastante teóricos, mas fazem previsões que podem ser observadas. Por exemplo, as descobertas prevêem uma suavização do zumbido de fundo das ondas gravitacionais, cujos indícios já foram vistos. E os resultados também podem ser usados para compreender os halos de matéria escura que circundam as galáxias em todo o Universo, uma vez que as partículas devem interagir em escala galáctica para poder resolver o problema final do parsec.
Finalmente, os investigadores dizem que as suas descobertas representam uma nova ferramenta para descobrir os mistérios da matéria escura.
“Nosso trabalho é uma nova maneira de nos ajudar a compreender a natureza das partículas da matéria escura”, diz Alonso-Álvarez. “Descobrimos que a evolução das órbitas dos buracos negros é muito sensível à microfísica da matéria escura e isso significa que podemos usar observações de fusões de buracos negros supermassivos para compreender melhor estas partículas.”
A pesquisa foi publicada em Cartas de revisão física.
