Uma nova investigação sugere que os buracos negros supermassivos que existiram há mil milhões de anos podem ter-se formado com a ajuda da matéria escura, a substância mais misteriosa do Universo.
desde Telescópio Espacial James Webb (JWST) começou a relatar dados para a Terra no verão de 2022 e tem levantado uma questão estranha para os cientistas, descobrindo que supermassivos buraco negro Já 500 milhões de anos depois Big Bang. No entanto, isto é um problema porque o processo de fusão e alimentação torna o buraco negro centenas de triliões de vezes mais massivo. sol deveria pelo menos levar 1 bilhão anos para alcançar resultados.
O mecanismo proposto para o crescimento inicial de um buraco negro é que uma enorme nuvem de gás e poeira entre em colapso diretamente, formando imediatamente um buraco negro semente, sem o tempo que leva para uma estrela massiva nascer, viver a sua vida e depois morrer.
No entanto, o processo ainda exige que estrelas iluminem essas nuvens de material, fornecendo-lhes energia – mas isso é raro. Isto é muito raro para explicar o grande número de buracos negros supermassivos observados pelo JWST. Isto é, a menos que haja outra fonte de energia para auxiliar o processo.
“O nosso estudo mostra que a matéria escura em decomposição pode remodelar profundamente a evolução das primeiras estrelas e galáxias, com consequências generalizadas para todo o Universo,” disse o líder da equipa, Yash Aggarwal, da Universidade da Califórnia, em Riverside. disse em um comunicado. “Com o JWST revelando agora mais buracos negros supermassivos no universo primitivo, este mecanismo pode ajudar a preencher a lacuna entre a teoria e a observação.”
A matéria escura decai?
A matéria escura é uma substância misteriosa que representa 85% da matéria do universo. Continua tão curioso porque não interage com a luz (mais precisamente, com a radiação eletromagnética). Isto não só a torna efetivamente invisível, mas também diz aos cientistas que a matéria escura não pode ser composta de eletrões, neutrões e protões, as partículas que constituem os átomos que constituem as estrelas, os planetas, os satélites, os nossos corpos e tudo o que vemos à nossa volta.
Isto estimulou a exploração de partículas além do Modelo Padrão da física de partículas. Essas partículas hipotéticas têm uma gama de massas e propriedades possíveis. Isso inclui alguns passando uns pelos outros como fantasmas, alguns interagindo e trocando energia e alguns decaindo em partículas menores, liberando um pouco de energia no processo.
Agarwal e seu colega Flip Tanedo, da Universidade da Califórnia, em Riverside, acreditam que apenas um bilionésimo de um trilionésimo da energia de uma única bateria AA é necessário para “sobrecarregar” a nuvem de gás primordial, e que a decomposição da matéria escura pode fornecer isso.
“As primeiras galáxias eram essencialmente balões de hidrogénio primordiais cuja química era muito sensível às injeções de energia a nível atómico”, disse Tanedo. “Estas são as propriedades que queremos num detector de matéria escura – estas características de ‘detector’ podem ser os buracos negros supermassivos que vemos hoje.”
O trabalho da equipa também lhes permitiu determinar que a gama hipotética de massa das partículas de matéria escura está entre 24 e 27 eletrões-volt, o que pode desencadear a produção de buracos negros de colapso direto, proporcionando assim uma vantagem inicial para o crescimento de buracos negros supermassivos. A conclusão da equipa deriva de uma série de coincidências muito felizes que os ajudaram a reunir a combinação certa de físicos de partículas, cosmólogos e astrofísicos para construir uma teoria da coincidência cósmica.
“Mostramos que o ambiente certo de matéria escura pode ajudar a tornar mais provável uma ‘coincidência’ de colapso direto do buraco negro”, disse Tanedo. “Da mesma forma, o apoio ao trabalho interdisciplinar ajuda a tornar possível a ‘coincidência’ que levou a este trabalho.”
As descobertas da equipe foram publicadas na terça-feira (14 de abril) em Jornal de Cosmologia e Física de Astropartículas.
