Os buracos negros estelares nascem do colapso de estrelas massivas no final de suas vidas, pesando de 3 a 50 vezes a massa do Sol. Quando uma estrela esgota seu combustível, ela explode em uma supernova, deixando para trás uma região tão densa que nada pode escapar dela, nem mesmo a luz.
Os buracos negros primordiais, por sua vez, são objetos teóricos que poderiam ter se formado menos de um segundo após o Big Bang, a partir de regiões extremamente densas do Universo primitivo. Ao contrário dos buracos negros estelares, eles poderiam ser muito mais leves e são relíquias antigas de uma época em que o Universo era composto principalmente de hidrogênio e hélio.
Enquanto os buracos negros são geralmente conhecidos por absorver tudo ao seu redor, os físicos há muito teorizam que eles acabam explodindo no final de suas vidas por meio de um processo chamado radiação de Hawking. Anteriormente, pensava-se que tais explosões ocorriam apenas uma vez a cada 100.000 anos. No entanto, novas pesquisas, publicadas na revista Physical Review Letters, indicam que poderíamos testemunhar esse fenômeno extraordinário muito mais cedo do que o previsto.
De acordo com Aidan Symons, um estudante de pós-graduação da Universidade de Massachusetts, haveria até 90% de chance de observar a explosão de um buraco negro nos próximos dez anos, pois os telescópios atuais, espaciais e terrestres, já são capazes de detectar tal evento. Os buracos negros mais propensos a explodir não são os remanescentes estelares massivos que normalmente imaginamos, mas sim os buracos negros primordiais.
Como demonstrado pelo físico Stephen Hawking em 1970, quanto mais leve um buraco negro, mais quente ele se torna e emite partículas via radiação de Hawking. Os buracos negros primordiais, ao se evaporarem, tornam-se cada vez mais leves e quentes, emitindo ainda mais radiação em um processo descontrolado até a explosão. O avanço da equipe de pesquisa veio ao questionar as suposições de longa data sobre as propriedades elétricas dos buracos negros.
Enquanto os buracos negros padrão não têm carga elétrica, a equipe explorou o que poderia acontecer se os buracos negros primordiais se formassem com uma pequena carga elétrica envolvendo partículas hipotéticas pesadas chamadas “elétrons escuros”. Um “elétron escuro” seria uma versão muito mais pesada do elétron tradicional, mas interagindo por meio de “forças eletromagnéticas escuras” em vez do eletromagnetismo comum.
Animação mostrando um buraco negro absorvendo uma estrela.
Em modelos teóricos chamados QED escuro, essas partículas carregariam uma carga elétrica escura e interagiriam por meio de fótons escuros, o que poderia afetar o comportamento da matéria ao redor dos buracos negros. A equipe postula que, se um buraco negro primordial se formar com uma pequena carga elétrica escura, ele deve ser temporariamente estabilizado antes de finalmente explodir.
Esse efeito de estabilização poderia aumentar consideravelmente a probabilidade de observar tais explosões, passando de uma vez a cada 100.000 anos para potencialmente uma vez por década. Uma explosão de buraco negro não seria apenas um espetáculo espetacular; forneceria aos cientistas um catálogo de todas as partículas subatômicas existentes.
Isso incluiria não apenas partículas já descobertas, como elétrons, quarks e o bóson de Higgs, mas também partículas ainda não detectadas, talvez até a matéria escura. A equipe insiste que, embora não garanta que uma explosão ocorrerá nesta década, a alta probabilidade significa que devemos nos preparar.
Felizmente, nossa tecnologia atual de telescópios já é capaz de detectar os sinais reveladores da radiação de Hawking proveniente de um buraco negro primordial em explosão.
Radiação de Hawking
A radiação de Hawking é um fenômeno teórico proposto por Stephen Hawking em 1974, que prevê que os buracos negros não são completamente negros, mas emitem uma radiação fraca devido aos efeitos quânticos perto de seu horizonte de eventos. Esse processo leva a uma perda de energia e massa do buraco negro, causando sua evaporação gradual em escalas de tempo extremamente longas.
Para buracos negros de massa estelar, essa radiação é negligenciável, mas para buracos negros mais leves, como os buracos negros primordiais, torna-se significativa e pode acelerar sua evaporação. A radiação emitida é composta por partículas e antipartículas que se formam espontaneamente perto do horizonte, uma caindo no buraco negro e a outra escapando.
Esse mecanismo permite compreender o destino final dos buracos negros e poderia ter implicações para a termodinâmica dos buracos negros e a teoria da informação. Embora ainda não tenha sido observado diretamente, sua detecção seria uma validação importante da física quântica e da relatividade geral.
Buracos negros primordiais
Os buracos negros primordiais são objetos hipotéticos que poderiam ter se formado nos primeiros instantes do Universo, pouco após o Big Bang, há aproximadamente 13,8 bilhões de anos. Ao contrário dos buracos negros estelares, eles não se originam do colapso de estrelas, mas de flutuações de densidade no Universo primordial, quando a matéria era extremamente quente e densa.
Sua massa pode variar consideravelmente, indo de frações de grama a milhares de massas solares, o que os torna candidatos em potencial para explicar a matéria escura ou outros fenômenos cosmológicos. Sua formação está ligada a processos como a inflação cósmica ou transições de fase no Universo jovem.
Se existirem, os buracos negros primordiais poderiam ser detectados por seus efeitos gravitacionais, sua evaporação via radiação de Hawking ou suas interações com outros objetos.