As partículas “impossíveis” extremamente energéticas que atingiram a Terra em 2023 poderiam ser fragmentos de uma explosão de um buraco negro primordial formado durante o Big Bang. Se assim for, provaria a existência de buracos negros primordiais e ajudaria a explicar de que é feita a “matéria” mais misteriosa do universo – a matéria escura.
A partícula em questão é neutrino Tem 100.000 vezes a energia das partículas de maior energia produzidas pelos maiores e mais poderosos aceleradores de partículas do mundo. Grande Colisor de Hádrons (Grande Colisor de Hádrons). Na verdade, esta partícula é tão energética que os cientistas não têm conhecimento de nenhum fenómeno cósmico natural suficientemente poderoso para a produzir.
A chave para a explosão de um buraco negro é o vazamento de matéria Radiação Hawkingum tipo de radiação térmica que leva o nome do físico Stephen Hawking, Ele propôs pela primeira vez a existência de buracos negros em 1974. Quanto mais quente é um buraco negro, mais rápido ele vaza radiação Hawking, perde massa e, eventualmente, termina sua vida em uma grande explosão.
O problema é que quanto maior o buraco negro, mais frio ele é e mais lentamente perde radiação térmica para o seu entorno. Portanto, mesmo os mais pequenos buracos negros de massa estelar, nascidos quando estrelas massivas se transformam em supernovas no final das suas vidas, levariam cerca de 10^67 anos, muito mais do que a idade do Universo, para libertar radiação suficiente para atingir esta fase explosiva.
No entanto, Hawking também especulou que pode haver outro tipo de buraco negro, um que não é produzido pela morte de uma estrela, mas sim produzido diretamente por flutuações de densidade no “mar primordial” de partículas superquentes que encheram o universo nos primeiros momentos após o Big Bang. E como estes buracos negros primordiais eram provavelmente muito pequenos, com massas tão baixas como a massa de um planeta ou mesmo de um planeta grande, em vez de 3 a 5 vezes a massa do Sol, como é o caso dos buracos negros de massa estelar mais pequenos, eram provavelmente quentes o suficiente para libertarem radiação Hawking com eficiência suficiente para explodirem.
“Quanto mais leve for o buraco negro, mais quente deverá ser e mais partículas deverá emitir”, disse Andrea Thamm, membro da equipa, da Universidade de Massachusetts Amherst. disse em um comunicado. “À medida que os buracos negros primordiais evaporam, tornam-se mais leves e mais quentes, emitindo mais radiação num processo descontrolado até explodirem. Esta é a radiação Hawking que os nossos telescópios podem detectar.”
Os astrônomos por trás do estudo estimam que os buracos negros primordiais deveriam explodir cerca de uma vez a cada década. Até agora, nenhuma destas explosões foi detectada, pelo que tanto os buracos negros primordiais como a radiação Hawking permanecem puramente teóricos. A menos, claro, que a evidência da explosão de um buraco negro primordial seja descoberta através de um tipo diferente de detecção, a sua verdadeira natureza não é imediatamente compreendida.
partícula impossível
Em 2023, uma rede de detectores de neutrinos chamada KM3NeT localizada no Mar Mediterrâneo detectou este neutrino de alta energia.
“Observar neutrinos de alta energia é um evento incrível”, disse o membro da equipe Michael Baker, pesquisador da Universidade de Massachusetts Amherst. “Isso nos dá uma nova janela para o universo. Mas podemos agora estar à beira da verificação experimental da radiação Hawking, com evidências de buracos negros primordiais e novas partículas além do universo. Modelo padrão, e explicar os mistérios Matéria escura. “
No entanto, há um problema. Um detector de neutrinos semelhante, chamado IceCube, localizado nas profundezas do gelo da Antártida, não detectou o evento. Isso é um problema porque o IceCube foi projetado especificamente para detectar neutrinos de alta energia, mas nunca detectou nenhuma partícula com energia que fosse apenas 1/100 da energia de um neutrino impossível.
Se os buracos negros primordiais explodissem a cada década, o IceCube deveria ser bombardeado com neutrinos de alta energia. Então, onde eles estão?
Uma equipe da Universidade de Massachusetts Amherst tem uma teoria.
“Pensamos que os buracos negros primordiais com uma ‘carga escura’ – que chamamos de buracos negros primordiais quase extremos – são o elo perdido,” disse o membro da equipa Joaquim Iguaz Juan, da Universidade de Massachusetts Amherst.
“Carga escura” é uma forma de força eletromagnética com a qual estamos familiarizados, mas não é transportada por elétrons padrão, mas por um parente mais pesado, uma partícula hipotética chamada “elétron escuro”.
“Existem outros modelos mais simples de buracos negros primordiais”, disse Baker. “Nosso modelo de carga escura é mais sofisticado, o que significa que pode fornecer um modelo mais preciso da realidade. O legal é ver que nosso modelo pode explicar esse fenômeno inexplicável.”
Os buracos negros primordiais com carga escura têm propriedades únicas que fazem com que se comportem de maneira diferente dos buracos negros primordiais padrão, o que poderia não apenas explicar os neutrinos impossíveis, mas também resolver o mistério do que realmente é a matéria escura.
A matéria escura tem sido um problema porque, ao contrário das partículas que constituem a matéria padrão, ela não interage com a radiação eletromagnética, ou “luz”. Isso significa que, embora a matéria escura supere as partículas comuns em peso, na proporção de 5 para 1, ela é na verdade invisível e completamente misteriosa. Um possível candidato à matéria escura é um buraco negro primordial.
Iguaz-Juan concluiu: “Se a carga escura que hipotetizamos estiver correta, então acreditamos que poderia haver um grande número de buracos negros primordiais, o que seria consistente com outras observações astrofísicas e explicaria toda a matéria escura ausente no universo”.
A pesquisa da equipe foi aceita para publicação na revista Cartas de revisão física.
