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Luz de curvatura: Impressão artística de um evento de microlente causado por um buraco negro observado da Terra em direção à Grande Nuvem de Magalhães (LMC). A luz de uma estrela de fundo localizada na LMC é curvada por um suposto buraco negro primordial (lente) no halo galáctico e ampliada quando observada da Terra. A microlente causa uma variação muito característica do brilho da estrela de fundo, permitindo a determinação da massa e distância da lente. (Cortesia: J. Skowron / OGLE. Imagem de fundo da Grande Nuvem de Magalhães: gerada com bsrender escrita por Kevin Loch, usando o banco de dados ESA/Gaia)
Quando os detectores de ondas gravitacionais LIGO e VIRGO observaram sinais de buracos negros em fusão com massas muito maiores do que aquelas de buracos negros que se formam a partir do colapso de estrelas, os cientistas ficaram intrigados. Esses buracos negros anormalmente massivos se formaram quando o universo era muito jovem? E eles poderiam conter grandes quantidades de matéria escura?
De acordo com novas análises de 20 anos de dados da pesquisa Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE), a resposta para a segunda pergunta é um firme "não". No máximo, os membros da pesquisa dizem que essas estruturas cosmológicas contêm apenas uma pequena porcentagem da matéria escura do universo - a substância misteriosa que não emite luz e só pode ser detectada graças à sua atração gravitacional, mas que, no entanto, acredita-se que componha 95% de toda a matéria. De fato, os resultados da pesquisa lançam dúvidas sobre a própria existência de buracos negros de origem primitiva, enviando os pesquisadores de volta à prancheta em busca de explicações.
Uma origem diferente para alguns buracos negros?
Desde a primeira detecção de ondas gravitacionais de um par de buracos negros em fusão em 2015, LIGO e VIRGO detectaram mais de 90 eventos desse tipo. Esses buracos negros são de 20 a 100 vezes mais massivos que o nosso Sol, tornando-os quatro a cinco vezes mais massivos que qualquer buraco negro detectado anteriormente em nossa galáxia Via Láctea.
Uma possível explicação para o porquê de o universo poder conter diferentes massas de buracos negros foi apresentada pelos físicos soviéticos Yakov Zeldovich e Igor Novikov em 1966, e independentemente pelo físico britânico Stephen Hawking em 1971. Eles propuseram que alguns buracos negros poderiam ter se formado no universo muito antigo, antes das primeiras estrelas aparecerem. Os mecanismos que criaram esses chamados buracos negros "primordiais" seriam diferentes daqueles que produzem buracos negros por meio do colapso estelar, o que removeria algumas restrições em suas massas.
Microlente gravitacional
Na pesquisa OGLE, uma equipe liderada por Andrzej Udalski do Observatório Astronômico da Universidade de Varsóvia , Polônia, analisou a luz de quase 80 milhões de estrelas na Grande Nuvem de Magalhães, um satélite próximo da nossa Via Láctea. O objetivo deles era encontrar brilhos característicos de estrelas devido a um efeito conhecido como microlente. Esse efeito ocorre quando um objeto massivo (matéria escura ou matéria normal) passa entre um observador na Terra e uma fonte de luz de tal forma que os três objetos se alinham quase perfeitamente.
Nesse ponto, Udalski explica, a teoria geral da relatividade de Einstein significa que o objeto intermediário “pode agir como uma lente – ele curva gravitacionalmente a luz para que mais raios cheguem ao observador e a estrela fonte fique mais brilhante”, ele diz. “As mudanças de brilho são muito características e muito raras, mas podem ser detectadas”.
A duração desse aumento de brilho depende da massa do objeto de lente: quanto mais pesado, mais longo o evento. Eventos de microlente envolvendo objetos de massa solar geralmente duram várias semanas, enquanto aqueles que apresentam buracos negros 100 vezes mais massivos que o Sol durariam alguns anos.
Apenas 13 eventos detectados
Pesquisas anteriores de microlente gravitacional de matéria escura (incluindo a MACHO liderada pelos EUA e a EROS francesa, bem como a OGLE) indicaram que buracos negros mais leves do que uma massa solar compreendem menos de 10% de matéria escura. No entanto, essas observações não foram diretamente sensíveis a eventos de microlente de escala de tempo extremamente longa, então não foram sensíveis a buracos negros massivos como aqueles observados recentemente por meio de ondas gravitacionais.
Para abordar essa lacuna, Udalski e colegas reanalisaram seus dados. Se buracos negros de 10 massas solares constituíssem toda a matéria escura em nossa vizinhança cósmica, eles calcularam que o OGLE deveria ter detectado 258 eventos de microlente. Se a matéria escura fosse composta de buracos negros de 100 ou 1000 massas solares, a pesquisa deveria ter produzido 99 ou 27 eventos de microlente, respectivamente. "Durante os 20 anos de nosso experimento, deveríamos ter registrado mais de 500 eventos de microlente", Udalski disse ao Physics World . "Na realidade, no entanto, detectamos apenas 13".
A explicação, ele diz, é simples: a matéria escura no “halo” galáctico entre a Via Láctea e a Grande Nuvem de Magalhães não pode conter o tipo de buracos negros primordiais que causariam eventos de microlente. “Todos os 13 eventos que registramos podem ser bem explicados como eventos causados por estrelas galácticas próximas ou estrelas na Grande Nuvem de Magalhães localizadas um pouco à frente daquela galáxia”, diz Udalski. “Isso indica que buracos negros massivos podem compor no máximo alguns por cento de matéria escura”.
Mais especificamente, os cálculos da equipe revelaram que buracos negros de 10 massas solares podem compreender no máximo 1,2% de matéria escura. Para buracos negros de 100 massas solares, o número aumenta para 3%; para buracos negros de 1000 massas solares, é 11%.
Um “impacto importante” na astrofísica e na cosmologia
Udalski acha que as descobertas da equipe terão um “impacto importante” na astrofísica e na cosmologia. “A primeira conclusão é que não há prova empírica de que buracos negros primordiais tenham existido”, ele explica. “Como se supõe que eles foram formados no universo muito antigo, nossa imagem dos primórdios deve ser revisada. Em segundo lugar, como a matéria escura não contém corpos clássicos que podem causar eventos de microlente, ainda permanece um mistério o que é essa matéria”.
Embora o OGLE em sua forma atual esteja quase concluído, a equipe ainda planeja investigar buracos negros putativos com massas muito baixas, em escala planetária. “Isso nos permitirá explorar totalmente o potencial das observações de microlentes da Grande Nuvem de Magalhães”, diz Udalski.
Os resultados do estudo estão detalhados no Astrophysical Journal Supplement Series e na Nature .
Para sabaer mais, acesse o link>
Fonte: Physics World / Isabelle Dumé / Publicação 23/07/2024
https://physicsworld.com/a/primordial-black-holes-contain-very-little-dark-matter-say-astronomers/?notification=onesignal
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Web Science Academy; Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas” e "Conhecendo a Energia produzida no Sol".
Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
>Autor de cinco livros, que estão sendo vendidos nas livrarias Amazon, Book Mundo e outras.
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