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Será que o detector de ondas gravitacionais encontrou a matéria escura?

Cientistas da Universidade John Hopkins oferecem hipótese para solucionar o mistério persistente da física

Shutterstock

Os oito cientistas do Departamento de Física e Astronomia Henry. A. Rowland da Universidade John Hopkins já havia começado a fazer cálculos quando a descoberta do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria Laser (Ligo, na sigla em inglês) foi anunciada em fevereiro. Seus resultados, publicados recentemente na Physical Reviwe Letters, se desdobram em uma hipótese que sugere uma solução para um mistério duradouro oa mundo da astrofísica.

“Nós consideramos a possibilidade de que o buraco negro binário detectado pela Ligo talvez seja um rastro de matéria escura,” escreveram os cientistas no sumário de seu artigo, referindo-se ao par de buracos negros como “binário.” O que segue são cinco páginas de anotações de equações matemáticas mostrando como os pesquisadores consideraram a massa dos dois objetos detectados pelo Ligo como ponto de partida, e sugerindo que esses objetos podem ser parte de uma substância misteriosa que compõe cerca de 85% da massa do universo.

Objeto de especulação científica desde 1930, a matéria escura começou a ser estudada com mais precisão recentemente; mais evidência tem surgido desde 1970, ainda que sempre indiretamente. Embora a matéria escura em si mesma ainda não possa ser detectada, seus efeitos gravitacionais podem. Por exemplo, acredita-se que a influência de matéria escura próxima possa explicar as inconsistências na rotação de matéria visível nas galáxias.

A equipe da John Hopkins, liderada pelo pós-doutor Simeon Bird, ficou intrigada com a massa dos buracos negros detectados pelo Ligo, um observatório que consiste de dois extensos sistemas de detecção em formato de “L” ancorados no chão. Um fica em Lousiana e o outro no estado de Washington, ambos nos EUA.

As massas de buracos negros são medidos em termos de múltiplos do nosso sol. Os objetos que colidiram e geraram a onda detectada pela Ligo - um projeto conjunto do Instituto de Tecnologia da Califórnia e do Instituto de Tecnologia de Massachussetts-  tinham massas equivalentes a 36 e 29 massas solares. São muito grandes para se adequarem às previsões de tamanho da maioria dos buracos negros estelares, as estruturas ultra-densas que se formam quando estrelas colapsam. Mas também são muito pequenos para se adequarem às previsões de tamanho de buracos negros super massivos no centro das galáxias. Os dois objetos detectados pela Ligo, no entanto, se encaixam na faixa de massa esperada de buracos negros “primordiais.”

Acredita-se que buracos negros primordiais se formaram não a partir de estrelas, mas do colapso de grandes expansões de gases, durante o nascimento do universo. Embora sua existência ainda não tenha sido estabelecida com certeza, buracos negros primordiais foram sugeridos, no passado, como uma solução possível para o mistério da matéria escura. Por causa da falta de evidência sobre eles, no entanto, a hipótese “a matéria escura corresponde aos buracos negros primordiais” não ganhou muitos seguidores entre os cientistas.

Os achados do Ligo, no entanto, permitem o surgimento de novas prospectivas, especialmente porque os objetos detectados naquele experimento estão de acordo com a massa prevista para matéria escura. Previsões feitas por cientistas no passado apontaram que as condições no nascimento do universo teriam produzido muitos desses buracos negros primordiais, distribuídos, de modo geral, igualmente pelo universo, agrupando-se em formato de auréola no entorno de galáxias. Tudo isso torna eles bom candidatos para serem matéria escura.

O time da John Hopkins calculou quão frequentemente esses buracos negros primordiais formariam pares binários e, eventualmente, colidiriam. Levando em consideração o tamanho e formato alongado que acredita-se caracterizar a órbita de um buraco negro primordial binário, a equipe chegou à uma taxa de colisão que confere com os achados do Ligo.

"Não estamos dizendo que isso seja matéria escura,” disse um dos autores, Marc Kamionkowski, o Professor William R. Kenan Jr. do Departamento de Física e Astronomia. “Não vamos apostar tudo nisso. É um argumento plausível.”

Mais observações do Ligo e outras evidências seriam necessárias para apoiar a hipótese, incluindo mais detecções como a anunciada em fevereiro. Isso poderia sugerir maior abundância de objetos com aquela massa singular.

“Se você houver muitos eventos na escala de 30 massas solares, isso implora por uma explicação,” diz o coautor Ely D. Kovetz, um pós-doutor em física e astronomia da John Hopkins. “A  descoberta de que ondas gravitacionais podem estar conectadas com matéria escura está gerando muita animação entre os astrofísicos,” ele completa.

“Tem muito potencial,” completa Kamionkowski.

 

Universidade John Hopkins