Desculpe, Stephen, a matéria escura não é um pequeno buraco negro

O famoso físico Stephen Hawking fez uma previsão em 1974 de que a matéria escura - o misterioso "algo" que compõe 85% de tudo no Universo - acabaria sendo minúsculos buracos negros formados durante os primeiros tempos da matéria. Um novo estudo realizado por astrônomos no telescópio Subaru, no Havaí, na véspera do lançamento da primeira fotografia detalhada da região em torno de um buraco negro, mostrou que ele estava, estranhamente, errado.

Hawking postulou que os buracos negros com menos de um milímetro (1/25 de polegada) de diâmetro seriam responsáveis ​​pela gravidade que une grupos de galáxias, além de alterar as taxas de rotação das galáxias, incluindo a Via Láctea.

A galáxia de Andrômeda, como a nossa Via Láctea, abriga a matéria escura - simplesmente não sabemos o que é, mas agora temos uma idéia melhor do que não é. Crédito de imagem: Kavli IPMU

Todas as coisas que a matéria escura poderia ser

A matéria escura descreve - algo - que não pode ser visto, não libera radiação, mas fornece gravidade suficiente para manter as galáxias unidas em grupos e impulsionar taxas de rotação de objetos nos arredores dessas famílias estelares. A evidência de matéria escura entre galáxias foi observada pela primeira vez pelo astrônomo Fritz Zwicky em 1933 e, na década de 1970, a presença de matéria escura nas galáxias foi detectada por Vera Rubin. Desde então, astrônomos e astrofísicos ficaram intrigados com a natureza da matéria escura, e sabemos menos sobre o que é e o que não é.

“A matéria escura pode ser anã marrom, estrelas 'fracassadas' que nunca se acenderam porque não tinham a massa necessária para começar a queimar. A matéria escura poderia ser anãs brancas, os restos de núcleos de estrelas mortas de pequeno a médio porte. Ou a matéria escura pode ser estrelas de nêutrons ou buracos negros, os remanescentes de estrelas grandes depois que explodem ”, explica a NASA em uma descrição da matéria escura.

Mas, provavelmente não ...

No entanto, existem problemas com cada uma dessas idéias. Provavelmente, não há anãs brancas ou marrons suficientes para explicar a tremenda gravidade que a matéria escura exerce sobre objetos visíveis. Estrelas de nêutrons e buracos negros são extremamente raros. É possível que a matéria escura possa ser partículas subatômicas exóticas, mas experimentos cuidadosos para detectar essas partículas até agora ficaram vazios. O telescópio espacial Fermi deve ser capaz de detectar emissões de raios gama resultantes da colisão de partículas exóticas de matéria escura, mas essa pesquisa também retornou infrutífera.

Se esses buracos negros em miniatura existem, é esperado que eles dobrem o espaço ao seu redor, fazendo com que a luz de estrelas distantes se curve e brilhe, como uma lente focando o Sol em uma calçada quente. À medida que o buraco negro se move, a estrela distante fica escura. Os pesquisadores usaram o Telescópio Subaru para observar a luz vinda das estrelas na galáxia de Andrômeda, procurando esse brilho e escurecimento, mas não viram o efeito previsto, mostrando que tais buracos negros primordiais não existem nas quantidades preditas por Hawking.

Um diagrama mostrando como as lentes gravitacionais de estrelas na galáxia de Andrômeda deveriam revelar a presença de buracos negros primordiais. Crédito de imagem: Kavli IPMU

Para visualizar um desses eventos de lentes gravitacionais, uma estrela e um buraco negro primordial devem estar alinhados em relação à Terra - um alinhamento raro, que só deve durar períodos que duram entre alguns minutos e algumas horas. A Hyper Suprime-Cam no telescópio Subaru, capaz de captar toda a galáxia de Andrômeda de uma só vez, foi usada para maximizar as chances de ver esses eventos.

O Hyper Suprime-Cam (HSC) montado no foco principal do telescópio Subaru. Crédito de imagem: Telescópio Subaru

O experimento

“Das 190 imagens consecutivas da galáxia de Andrômeda, tiradas ao longo de sete horas durante uma noite clara, a equipe vasculhou os dados em busca de possíveis eventos de lentes gravitacionais. Se a matéria escura consiste em buracos negros primordiais de uma determinada massa, nesse caso massas mais leves que a lua, os pesquisadores esperavam encontrar cerca de 1000 eventos. Mas, após análises cuidadosas, eles conseguiram identificar apenas um caso ”, relataram os pesquisadores em um comunicado de imprensa do Telescópio Subaru.

Esses resultados sugerem que os buracos negros primordiais podem aumentar em apenas 0,1% de toda a matéria escura. Qualquer que seja a matéria escura, a resposta não parece ser um buraco negro em miniatura, deixando intacto esse grande mistério da física.