16/02/2023 - 8:14
Observações de buracos negros supermassivos nos centros das galáxias apontam para uma provável fonte de energia escura – os 70% “perdidos” do universo.
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As medições de galáxias antigas e adormecidas mostram buracos negros crescendo mais do que o esperado, alinhando-se com um fenômeno previsto na teoria da gravidade de Einstein. O resultado potencialmente significa que nada de novo precisa ser adicionado à nossa imagem do universo para explicar a energia escura: os buracos negros combinados com a gravidade de Einstein são a fonte.
Resultado surpreendente
A conclusão foi alcançada por uma equipe de 17 pesquisadores em nove países, liderada pela Universidade do Havaí (EUA) e incluindo físicos do Imperial College London e do STFC RAL Space (Reino Unido). O trabalho está publicado em dois artigos nas revistas The Astrophysical Journal e The Astrophysical Journal Letters.
“Este é um resultado realmente surpreendente”, disse o dr. Dave Clements, do Departamento de Física do Imperial College London e coautor do estudo. “Começamos observando como os buracos negros crescem com o tempo e podemos ter encontrado a resposta para um dos maiores problemas em cosmologia.”
Outro coautor do estudo, o d. Chris Pearson, do STFC RAL Space, afirmou: “Se a teoria se mantiver, então isso vai revolucionar toda a cosmologia, porque finalmente temos uma solução para a origem da energia escura que tem sido deixando perplexos cosmólogos e físicos teóricos por mais de 20 anos”.
Vídeo em que o dr. Chris Pearson, do RAL Space, explica as descobertas. Crédito: STFC RAL Space
Gravidade versus energia escura
Na década de 1990, descobriu-se que a expansão do universo está se acelerando – tudo está se afastando de tudo em um ritmo cada vez mais rápido. Isso é difícil de explicar – a força da gravidade entre todos os objetos do universo deveria estar diminuindo a expansão.
Para explicar isso, foi proposto que uma “energia escura” era responsável por separar as coisas com mais força do que a gravidade. Isso estava ligado a um conceito proposto por Einstein, mas depois descartado – uma “constante cosmológica” que se opunha à gravidade e impedia o colapso do universo.
Esse conceito foi revivido com a descoberta da expansão acelerada do universo, sendo seu principal componente uma espécie de energia incluída no próprio espaço-tempo, chamada de energia do vácuo. Essa energia afasta ainda mais o universo, acelerando a expansão.
Os buracos negros representam um problema – é difícil se opor a sua gravidade extremamente forte, especialmente em seus centros, onde tudo parece se romper em um fenômeno chamado de “singularidade”.
O novo resultado mostra que os buracos negros ganham massa de maneira consistente com o fato de conterem energia do vácuo, fornecendo uma fonte de energia escura e eliminando a necessidade de formação de singularidades em seu centro.
Dores de crescimento do buraco negro
A conclusão foi feita estudando nove bilhões de anos de evolução do buraco negro. Os buracos negros são formados quando estrelas massivas chegam ao fim de suas vidas. Quando encontrados no centro das galáxias, eles são chamados de buracos negros supermassivos. Esses buracos negros contêm milhões a bilhões de vezes a massa do nosso Sol dentro deles em um espaço comparativamente pequeno, criando uma gravidade extremamente forte.
Os buracos negros podem aumentar de tamanho ao acumular matéria, como engolir estrelas que se aproximam demais ou fundir-se com outros buracos negros. Para descobrir se esses efeitos sozinhos poderiam explicar o crescimento de buracos negros supermassivos, a equipe analisou dados de 9 bilhões de anos.
NGC 1316 (também conhecida como Fornax A), galáxia lenticular a cerca de 60 milhões de anos-luz de distância, na constelação de Fornax: outro material de estudo. Crédito: Nasa, ESA e The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Tipo particular de galáxias
Os pesquisadores observaram um tipo particular de galáxia chamada galáxias elípticas gigantes, que evoluíram no início do universo e depois se tornaram dormentes. As galáxias adormecidas terminaram de formar estrelas, deixando pouco material para o buraco negro em seu centro acumular, o que significa que qualquer crescimento adicional não pode ser explicado por esses processos astrofísicos normais.
A comparação de observações de galáxias distantes (quando eram jovens) com galáxias elípticas locais (que são velhas e mortas) mostrou um crescimento muito maior do que o previsto por acreção ou fusões: os buracos negros de hoje são 7 a 20 vezes maiores do que eram 9 bilhões de anos atrás.
Acoplamento cosmológico
Outras medições com populações relacionadas de galáxias em diferentes pontos da evolução do universo mostram uma boa concordância entre o tamanho do universo e a massa dos buracos negros. Isso mostra que a quantidade medida de energia escura no universo pode ser explicada pela energia do vácuo do buraco negro.
Essa é a primeira evidência observacional de que os buracos negros realmente contêm energia do vácuo e que estão “acoplados” à expansão do universo, aumentando de massa à medida que o universo se expande – um fenômeno chamado “acoplamento cosmológico”. Se outras observações confirmarem isso, o acoplamento cosmológico redefinirá nossa compreensão do que é um buraco negro.
O primeiro autor dos estudos, Duncan Farrah, astrônomo da Universidade do Havaí e ex-doutorando do Imperial College London, disse: “Estamos realmente dizendo duas coisas ao mesmo tempo: que há evidências de que as soluções típicas de buracos negros não funcionam para você em uma escala de tempo muito, muito longa, e que temos a primeira fonte astrofísica proposta para energia escura”.
Farrah prosseguiu: “O que isso significa, no entanto, não é que outras pessoas não tenham proposto fontes para a energia escura, mas este é o primeiro artigo observacional em que não estamos adicionando nada de novo ao universo como fonte de energia escura: os buracos negros na teoria da gravidade de Einstein são a energia escura”.
