Observações de buracos negros supermassivos nos centros das galáxias apontam para uma provável fonte de energia escura – os 70% “perdidos” do universo.
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 significa potencialmente 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.
A conclusão foi alcançada por uma equipe de 17 pesquisadores em nove países, liderada pela Universidade do Havaí e incluindo físicos do Imperial College London e do STFC RAL Space. O trabalho foi publicado em dois artigos nas revistas The Astrophysical Journal e The Astrophysical Journal Letters .
O co-autor do estudo, Dr. Dave Clements, do Departamento de Física da Imperial, disse: "Este é um resultado realmente surpreendente. Começamos observando como os buracos negros crescem com o tempo e podemos ter encontrado a resposta para um dos maiores problemas na cosmologia".
Outro co-autor do estudo, Dr. Chris Pearson, do STFC RAL Space, disse: "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 deixado cosmólogos e físicos teóricos perplexos por mais de 20 anos."
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 expande ainda mais o universo, acelerando a expansão.
Os buracos negros representam um problema – sua gravidade extremamente forte é difícil de se contrapor, especialmente em seus centros, onde as próprias leis da física parece quebrar 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 de 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 dos buraco negros. Os buracos negros são formados quando estrelas massivas chegam ao fim de suas vidas. Quando encontrados no centro das galáxias, são chamados de buracos negros supermassivos (SMBH). Estes 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 nove bilhões de anos.
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 crescerem, o que significa que qualquer crescimento adicional não pode ser explicado por esses processos astrofísicos normais.
A comparação de observações de galáxias elípticas distantes (quando eram mais 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 nove bilhões de anos atrás.
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| Medição da força de acoplamento k comparando massas de buracos negros em 5 coleções diferentes de antigas galáxias elípticas com os buracos negros em galáxias elípticas atuais. As medições se agrupam em torno de k = 3, o que implica que os buracos negros contêm energia de vácuo, em vez de uma singularidade. Crédito: Farrah, et al. 2023 [a Carta ApJ] |
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.
Esta é a primeira evidência observacional de que os buracos negros realmente contêm energia de 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 do estudo, Duncan Farrah, astrônomo da Universidade do Havaí e ex-Ph.D. Imperial. estudante, 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 temos a primeira fonte astrofísica proposta para energia escura".
Fonte: PHYS.ORG
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