Buracos negros muito pequenos podem existir e estar devorando estrelas de nêutrons por dentro

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Créditos: Victor de Schwanberg / Science Photo Library / Getty Images.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Buracos negros primordiais minúsculos, quase indetectáveis, podem ser uma das fontes misteriosas de massa que contribui para a matéria escura. Existem limites significativos para sua vida no espaço aberto, mas nos últimos anos, os astrofísicos perguntaram: e se esses buracos negros estiverem no centro de estrelas de nêutrons?

Gradualmente, esses buracos negros se formariam na acreção de estrelas de nêutrons, devorando-as por dentro. Esses sistemas hipotéticos ainda precisam ser verificados, mas um novo estudo pré-publicado no arXiv e ainda a ser revisado por pares, calculou quanto tempo levaria essa devoração.

Isso, por sua vez, poderia ser usado para analisar a população atual de estrelas de nêutrons para restringir a natureza dos buracos negros considerados como candidatos à matéria escura – sejam eles primordiais, datando do Big Bang, ou buracos negros que se formaram dentro das estrelas de nêutrons.

Embora não saibamos o que é matéria escura, ela é fundamental para a nossa compreensão do Universo: simplesmente não há matéria suficiente que possamos detectar diretamente – matéria normal – para explicar toda a gravidade. Na verdade, há tanta gravidade que os cientistas calcularam que cerca de 75 a 80 por cento de toda a matéria é escura.

Existem várias partículas candidatas a matéria escura. Os buracos negros primordiais que se formaram logo após o Big Bang não são um dos principais candidatos, porque se estivessem acima de uma certa massa, já os teríamos notado; mas, abaixo dessa massa, eles teriam evaporado há muito tempo pela emissão da radiação Hawking.

Os buracos negros, entretanto, são candidatos atraentes para a matéria escura: eles também são extremamente difíceis de detectar se estiverem apenas vagando pelo espaço sem fazer nada. Ainda assim, os astrônomos continuam procurando por eles.

Uma ideia que tem sido explorada recentemente é o buraco negro endoparasítico. Existem dois cenários para isso. Uma é que os buracos negros primordiais foram capturados por estrelas de nêutrons e afundaram até o núcleo. A outra é que as partículas de matéria escura são capturadas dentro de uma estrela de nêutrons; se as condições forem favoráveis, eles podem se juntar e formar um buraco negro.

Esses buracos negros são pequenos, mas não permaneceriam assim. De sua posição confortável, abrigados dentro da estrela de nêutrons, esses pequenos buracos negros parasitariam seu hospedeiro.

A equipe de físicos do Bowdoin College e da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign (EUA) calculou a taxa de acreção – isto é, a taxa na qual o buraco negro devoraria a estrela de nêutrons – para uma faixa de razões de massa do buraco negro, de três a nove ordens de magnitude menos massivas do que a estrela hospedeira de nêutrons.

As estrelas de nêutrons têm um limite superior de massa teórico de 2,3 vezes a massa do Sol, então as massas dos buracos negros se estenderiam até a faixa dos planetas anões.

Para uma estrela de nêutrons não giratória hospedando um buraco negro não giratório, a acumulação seria esférica. Nas taxas de acreção calculadas da equipe, buracos negros tão pequenos quanto 10-21 vezes a massa do Sol agregariam completamente uma estrela de nêutrons durante o período de vida do Universo.

Isso sugere que os buracos negros primordiais, desde o início do Universo, teriam agregado completamente suas estrelas de nêutrons hospedeiras antes dos tempos atuais. Essas escalas de tempo estão em conflito direto com as idades das antigas populações de estrelas de nêutrons, disseram os pesquisadores.

“Como uma aplicação importante, nossos resultados corroboram argumentos que usam a existência atual de populações de estrelas de nêutrons para restringir a contribuição de buracos negros primordiais para o conteúdo de matéria escura do Universo, ou de partículas de matéria escura que podem formar buracos negros no centro das estrelas de nêutrons depois de serem capturadas”, escreveram eles em seu estudo.

Portanto, o resultado é outro impacto para a ideia dos buracos negros primordiais; mas não exclui inteiramente os buracos negros endoparasitários. Se houver globos de partículas de matéria escura flutuando pelo espaço e sendo sugadas por estrelas de nêutrons, elas podem estar entrando em colapso em buracos negros e convertendo estrelas de nêutrons em buracos negros enquanto você lê esta frase.

E isso seria incrível pra cacete.

O estudo da equipe foi publicado no arXiv.