Nova teoria liga buracos negros supermassivos e energia escura

Uma nova teoria controversa sugere que buracos negros supermassivos que se escondem no coração da maioria das grandes galáxias podem ser a fonte de energia escura, a força misteriosa que impulsiona a expansão acelerada do universo.

A ligação sugerida – conhecida como “acoplamento cosmológico” – nasceu de observações de buracos negros no coração de galáxias distantes que parecem ter crescido mais rapidamente do que a simples agregação de massa ou fusão com outros buracos negros permitiria.

Investigando isso ainda mais, a equipe, incluindo o autor principal Duncan Farrah do Universidade do Havaí em Mānoa, descobriu que a força do acoplamento significa que o crescimento dos buracos negros correspondia à expansão acelerada do universo.

“Não há acordo sobre qual modelo para a energia escura é mais provável de ser correto, mas o modelo mais simples para a energia escura é uma 'constante cosmológica'. Nesse modelo, todo o universo é permeado por densidade de energia uniforme e constante”, diz Farrah Mundo da Física. “Isso não soa tão misterioso, mas a densidade de energia deve permanecer constante mesmo com a expansão do universo. Não há nenhum objeto conhecido que se comporte da maneira necessária. Por causa disso, alguns acreditam que seja uma propriedade do próprio vácuo.”

A maioria dos modelos de buracos negros sugere que em seu cerne existe uma singularidade, um ponto no qual a massa é espremida em um ponto infinitesimalmente pequeno e, assim, torna-se infinitamente densa. O novo acoplamento cosmológico substitui essa singularidade pela energia do vácuo, proposta como fonte da energia escura.

Os pesquisadores detalham a teoria em dois artigos, publicados na The Astrophysical Journal e As Cartas do Jornal Astrofísico, com ambos expondo diferentes aspectos da conexão cosmológica e fornecendo a primeira “explicação astrofísica da energia escura”.

Evidências para um modelo astrofísico de energia escura

No primeiro artigo, a equipe observou buracos negros nos centros de galáxias elípticas “vermelhas e mortas” que estão atualmente inativas.

“Como não se espera que essas galáxias façam muito, não se espera que seus buracos negros centrais cresçam muito com o tempo”, explica Farrah. “Descobrimos que, depois de contabilizar todos os possíveis canais 'normais' de crescimento de buracos negros, esses buracos negros ainda mostram um grande aumento de massa entre cerca de sete bilhões de anos atrás e hoje – quase um fator de 10 em massa. Isso é surpreendente e não é tão fácil de explicar.”

Em seu segundo artigo, a equipe tentou descobrir se esse crescimento inesperado da massa do buraco negro poderia ser o resultado da expansão do universo apenas por meio do acoplamento cosmológico.

“Nosso segundo artigo mostra que essa taxa de aumento de massa é consistente com o aumento da massa dos buracos negros em sincronia com o volume do universo”, diz Farrah. “Isto é, se o volume do universo dobra, a massa dos buracos negros também dobra.”

Farrah explica que, se o resultado estiver correto, se o volume do universo dobrar, a massa de um determinado buraco negro dobrará, mas o número de buracos negros por unidade de volume ainda cairá pela metade devido ao fato de os buracos negros serem objetos específicos .

“Juntando essas duas coisas, a densidade de massa dos buracos negros permanecerá constante à medida que o universo se expande. Esse é exatamente o comportamento esperado do 'algo' que dá origem à expansão acelerada”, diz Farrah. “Como nenhum outro objeto exibe esse comportamento, argumenta-se que os buracos negros são esse 'algo'. Portanto, a energia escura não precisa ser uma propriedade do próprio vácuo e não precisa ser uniforme. Ele pode residir dentro de buracos negros e ser produzido quando grandes estrelas colapsam na morte, algo que foi previsto desde meados dos anos sessenta”.

Um dos principais apelos da teoria do acoplamento cosmológico da equipe é que, embora alguns modelos de energia escura exijam acréscimos aos nossos modelos do universo, todos os elementos necessários para esse modelo já são conhecidos.

“Ele fornece uma fonte de energia escura de algo que já sabemos que existe, ou seja, buracos negros. Não há necessidade de nenhum novo tipo de objeto ou nova partícula”, diz Farrah.

Um casal polêmico

A nova teoria não passou sem controvérsia nos círculos da física, com muitos pesquisadores relutantes em aceitar esse acoplamento cosmológico ainda.

“Posso identificar coisas que são preocupantes”, diz Luz Ángela García, cosmóloga da Universidad ECCI Mundo da Física. “Dizer que a observação deles estabelece evidências de que os buracos negros são feitos de energia escura parece um tiro no escuro, em particular, porque não podemos realizar medições 'dentro' do buraco negro.”

García também está preocupado com o fato de que, ao vincular a energia escura aos buracos negros, a teoria da equipe conecta essa força ao ciclo de vida das estrelas, descrevendo-a como “muito arriscada”. Isso ocorre porque, quando os cientistas consideram o conteúdo de energia-matéria do universo, os buracos negros e, portanto, a energia escura neste modelo já foram contabilizados na proporção de 5% de “matéria comum” do conteúdo de energia-matéria do universo.

Finalmente, García observa que a linha do tempo do universo deixa uma lacuna de dois bilhões de anos que a teoria da equipe luta para preencher.

“O pico do número de buracos negros e quasares coincide com o pico da história da formação de estrelas há aproximadamente 10 bilhões de anos, e depois disso há um rápido declínio no número desses objetos massivos”, explica ela. “Por outro lado, o pontapé inicial da dominação da energia escura ocorre há mais ou menos oito bilhões de anos.”

Uma nova geração assume a constante cosmológica

Então, se os buracos negros são a fonte da energia escura, pergunta García, por que a energia escura leva dois bilhões de anos para dominar outras formas de matéria e energia?

“Embora não possamos descartar completamente a ideia, parece-me muito improvável que os buracos negros sejam a fonte da energia escura”, conclui.

O próprio Farrah concorda que o mistério da energia escura está longe de ser resolvido, reconhecendo que, embora os dois artigos forneçam evidências de uma fonte astrofísica para a energia escura, seu argumento precisa de muito mais escrutínio.

“A energia escura continua sendo um fenômeno profundamente misterioso”, conclui Farrah. “Eu diria que nossos artigos levantam a possibilidade de buracos negros como fonte de energia escura e fornecem uma 'hipótese interessante', mas, no momento, não mais do que isso.”

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/new-theory-links-supermassive-black-holes-and-dark-energy/