O Big Bang pode não ter sido o começo do universo, de acordo com uma teoria da cosmologia que sugere que o universo pode “saltar” entre fases de contração e expansão. Se essa teoria for verdadeira, então ela pode ter implicações profundas sobre a natureza do cosmos, incluindo dois de seus componentes mais misteriosos: buracos negros e matéria escura.
Com isso em mente, um estudo recente sugere que a matéria escura pode ser composta de buracos negros formada durante uma transição da última contração do universo para a atual fase de expansão, que ocorreu antes do Big Bang. Se essa hipótese for mantida, as ondas gravitacionais geradas durante o processo de formação do buraco negro podem ser detectáveis por futuros observatórios de ondas gravitacionais, fornecendo uma maneira de confirmar esse cenário de geração de matéria escura.
As observações dos movimentos estelares nas galáxias e da radiação cósmica de fundo em micro-ondas — um resquício do Big Bang — indicam que cerca de 80% de toda a matéria no universo é matéria escurauma substância que não reflete, absorve ou emite luz. Apesar de sua abundância, os cientistas ainda não identificaram do que a matéria escura é feita.
No novo estudo, os pesquisadores exploraram um cenário onde a matéria escura consiste em buracos negros primordiais formados a partir de flutuações de densidade que ocorreram durante a última fase de contração do universo, não muito antes do período de expansão que observamos agora. Eles publicaram suas descobertas em junho no Revista de Cosmologia e Física de Astropartículas.
O cosmos saltitante
A visão cosmológica tradicional do universo sugere que ele começou de uma singularidade, seguido por um curto período de expansão extremamente rápida, chamado inflação. No entanto, os autores por trás do novo estudo analisaram uma teoria mais exótica, conhecida como cosmologia de rebote de matéria não singular, que postula que o universo primeiro passou por uma fase de contração. Esta fase terminou com um rebote devido à densidade crescente da matéria, levando ao Big Bang e à expansão acelerada que observamos hoje.
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Nessa cosmologia saltitante, o universo se contraiu para um tamanho cerca de 50 ordens de magnitude menor do que é hoje. Após o rebote, fótons e outras partículas nasceram, marcando o Big Bang. Perto do rebote, a densidade da matéria era tão alta que pequenos buracos negros se formaram a partir de flutuações quânticas na densidade da matéria, tornando-os candidatos viáveis para a matéria escura.
“Pequeno buracos negros primordiais podem ser produzidos durante os estágios iniciais do universo e, se não forem muito pequenos, sua decadência devido à radiação Hawking [a hypothetical phenomenon of black holes emitting particles due to quantum effects] não será eficiente o suficiente para se livrar deles, então eles ainda estariam por aí agora”, Patrício Pedrodiretor de pesquisa do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica (CNRS), que não estava envolvido no estudo, disse à Live Science por e-mail. “Pesando mais ou menos a massa de um asteróideeles poderiam contribuir para a matéria escura, ou até mesmo resolver esse problema completamente.”
Os cálculos dos cientistas mostram que as propriedades desse modo de universo, como a curvatura do espaço e o fundo de micro-ondas, correspondem às observações atuais, apoiando sua hipótese.
Para testar ainda mais suas previsões, os pesquisadores esperam fazer uso de observatórios de ondas gravitacionais de última geração. Os cientistas calcularam as propriedades do ondas gravitacionais produzidos durante a formação do buraco negro em seu modelo e descobriram que eles poderiam ser detectados por próximos observatórios gravitacionais como a Antena Espacial de Interferômetro Laser (LISA) e o Telescópio Einstein. Essas detecções podem confirmar se os buracos negros primordiais são de fato matéria escura; no entanto, pode levar mais de uma década até que qualquer uma das instalações veja a primeira luz.
“Este trabalho é importante no sentido de que fornece uma maneira natural de formar buracos negros pequenos, mas ainda presentes, formando matéria escura em uma estrutura que não é a usual baseada na inflação”, disse Peter. “Outros trabalhos atualmente investigam o comportamento desses pequenos buracos negros ao redor de estrelas, potencialmente levando a uma maneira de detectá-los no futuro.”
