Traduzido por Julio Batista
Original de Chris Pearson e Dave Clements para o The Conversation
Os buracos negros poderiam explicar uma forma misteriosa de energia que compõe a maior parte do Universo, de acordo com astrônomos.
A existência de “energia escura” foi inferida a partir de observações de estrelas e galáxias, mas ninguém foi capaz de explicar o que é ou de onde vem.
O material familiar, ou matéria comum, que compõe o mundo ao nosso redor é apenas 5% de tudo no Universo. Outros 27% são matéria escura, uma contraparte sombria da matéria comum que não emite, reflete ou absorve luz. No entanto, a maior parte do cosmos – cerca de 68% – é energia escura.
A nova evidência de que os buracos negros podem ser a fonte de energia escura é descrita em um paper científico publicado no The Astrophysical Journal Letters.
O estudo é o trabalho de 17 astrônomos em nove países e foi liderado pela Universidade do Havaí, EUA. A colaboração incluiu pesquisadores no Reino Unido, baseados no STFC RAL Space, The Open University e Colégio Imperial de Londres.
Pesquisando dados abrangendo nove bilhões de anos de história cósmica, os astrônomos descobriram a primeira evidência de um “acoplamento cosmológico“, o que significaria que o crescimento dos buracos negros ao longo do tempo está ligado à expansão do próprio Universo.
A ideia de que os buracos negros podem conter algo chamado energia do vácuo (uma manifestação da energia escura) não é particularmente nova e, de fato, foi discutida teoricamente desde a década de 1960.
Mas este trabalho mais recente assume que essa energia (e, portanto, a massa dos buracos negros) aumentaria com o tempo à medida que o Universo se expandisse como resultado do acoplamento cosmológico.
A equipe calculou quanto da energia escura no Universo poderia ser atribuída a esse processo. Eles descobriram que os buracos negros poderiam potencialmente explicar a quantidade total de energia escura que medimos no Universo hoje.
O resultado poderia resolver um dos problemas mais fundamentais da cosmologia moderna.
Expansão rápida
Nosso Universo começou em um Big Bang há cerca de 13,8 bilhões de anos. A energia dessa explosão de espaço e tempo fez com que o Universo se expandisse rapidamente, com todas as galáxias se afastando umas das outras.
No entanto, esperamos que essa expansão desacelere gradualmente por causa do efeito da gravidade em todas as coisas do cosmos.
Esta é a versão do Universo em que pensávamos viver até o final dos anos 1990, quando o Telescópio Espacial Hubble descobriu algo estranho. Observações de estrelas explodindo distantemente mostraram que, no passado, o Universo estava se expandindo mais lentamente do que hoje.
Portanto, a expansão do Universo não está diminuindo devido à gravidade, como todos pensavam, mas está acelerando. Isso foi altamente inesperado e os astrônomos tiveram dificuldades para explicar isso.
Para explicar isso, foi proposto que uma “energia escura” era responsável por separar as coisas com mais força do que a gravidade as juntava.
O conceito de energia escura era muito semelhante a uma construção matemática proposta por Einstein, mas depois descartada – uma “constante cosmológica” que se opunha à gravidade e impedia o colapso do Universo.
Explosões estelares
Mas o que é energia escura? A solução, ao que parece, pode estar em outro mistério cósmico: os buracos negros. Os buracos negros geralmente nascem quando estrelas massivas explodem e morrem no final de suas vidas .
A gravidade e a pressão nessas explosões violentas comprimem grandes quantidades de material em um pequeno espaço. Por exemplo, uma estrela com a mesma massa do nosso Sol seria comprimida em um espaço de apenas algumas dezenas de quilômetros.
A atração gravitacional de um buraco negro é tão forte que nem mesmo a luz consegue escapar – tudo é sugado. No centro do buraco negro existe um lugar chamado singularidade, onde a matéria é esmagada em um ponto de densidade infinita.
O problema é que as singularidades são uma construção matemática que não deveria existir.
Os buracos negros aninhados nos centros das galáxias são muito mais pesados do que aqueles nascidos quando as estrelas morrem violentamente. Esses buracos negros galácticos “supermassivos” podem pesar de milhões a bilhões de vezes a massa do nosso Sol.
Todos os buracos negros aumentam de tamanho acumulando matéria, engolindo estrelas que se aproximam demais ou fundindo-se com outros buracos negros. Portanto, esperamos que eles fiquem maiores à medida que o Universo envelhece.
No paper mais recente, a equipe analisou buracos negros supermassivos nos centros das galáxias e descobriu que esses buracos negros ganham massa ao longo de bilhões de anos.
Repensar radicalmente
A equipe comparou observações de galáxias elípticas, que não possuem formação estelar, no passado e no presente.
Essas galáxias mortas esgotaram todo o seu combustível, portanto, qualquer aumento na massa de seus buracos negros durante esse período não pode ser atribuído aos processos normais pelos quais os buracos negros crescem acumulando matéria.
Em vez disso, a equipe propôs que esses buracos negros realmente contêm energia de vácuo e que estão “acoplados” à expansão do Universo, de modo que aumentam em massa à medida que o Universo se expande.
Este modelo fornece perfeitamente uma possível origem para a energia escura no Universo. Também contorna os problemas matemáticos que afetam alguns estudos de buracos negros, porque evita a necessidade de uma singularidade no centro.
A equipe também calculou quanto da energia escura no Universo poderia ser atribuída a esse processo de acoplamento. Eles concluíram que seria possível que os buracos negros fornecessem a quantidade necessária de energia de vácuo para contabilizar toda a energia escura que medimos no Universo hoje.
Isso não apenas explicaria a origem da energia escura no Universo, mas também nos faria repensar radicalmente nossa compreensão dos buracos negros e seu papel no cosmos.
Muito mais trabalho precisa ser feito para testar e confirmar essa ideia, tanto a partir de observações do céu quanto da teoria. Mas podemos finalmente estar vendo uma nova maneira de resolver o problema da energia escura.
