Os buracos negros criados antes do Big Bang podem sobreviver no universo que vemos hoje, de acordo com uma nova pesquisa da Universidade de Portsmouth. Esses objetos antigos podem atuar como “fósseis cósmicos” e também ajudar a explicar a matéria escura, o material invisível que desempenha um papel importante na formação das galáxias no universo.
As descobertas exploram a possibilidade de o universo não ter começado com um único evento explosivo. Em vez disso, os investigadores investigam modelos de “salto” cósmico, nos quais o universo primitivo se contraiu antes de inverter o curso e expandir-se. Neste cenário, alguns buracos negros daquela fase cósmica anterior poderiam sobreviver à transição e existir como “fósseis cósmicos” a partir de então.
Se esta ideia se provar correta, estes buracos negros primordiais poderão fornecer pistas para muitas questões importantes não respondidas na cosmologia. Eles poderiam ajudar os cientistas a entender o que é a matéria escura e como as primeiras galáxias e outras grandes estruturas começaram a se formar.
Repensando o início do universo
O principal autor do estudo, Professor Enrique Gaztanaga, do Instituto de Cosmologia e Gravitação da Universidade de Portsmouth e do Instituto de Ciências Espaciais de Barcelona, disse:”Por quase um século, os cosmólogos traçaram a história do universo até um momento dramático conhecido como Big Bang. Na imagem padrão, o espaço e o tempo emergiram de um estado extremamente quente e denso há cerca de 13,8 bilhões de anos, seguido por bilhões de anos de expansão cósmica e formação de galáxias.
“Este modelo tem sido extremamente bem-sucedido. Ele explica a radiação cósmica de fundo em micro-ondas – a tênue radiação que sobrou do universo primitivo – e prevê com precisão como as galáxias estão distribuídas por vastas distâncias cósmicas.
“Mas alguns dos mistérios mais profundos da física permanecem sem solução. Ainda não sabemos o que causou o Big Bang, porque é que o Universo começou num estado tão especial, o que causou a breve expansão conhecida como inflação, ou o que é a ‘matéria escura’ invisível que é mais massiva do que a matéria comum numa proporção de cerca de cinco para um.
“A nossa investigação explora uma possibilidade que pode ligar muitos destes enigmas: o universo pode não ter começado com um único estrondo, mas em vez disso emergiu de um boom cósmico que imita a inflação, com alguns dos objetos mais antigos do universo potencialmente sobrevivendo como remanescentes da sua existência anterior.”
Alguns buracos negros podem ter se originado durante a primeira fase de contração e depois ter passado pelo salto. Se assim for, estes remanescentes poderão influenciar a estrutura das galáxias mesmo milhares de milhões de anos mais tarde.
Outros buracos negros podem ter-se formado pouco depois do boom, à medida que as flutuações de densidade aumentaram. Neste caso, a matéria teria sido distribuída em concentrações invulgarmente fortes no universo jovem. Essas regiões densas terão maior probabilidade de entrar em colapso sob a gravidade, permitindo o crescimento de estruturas cósmicas (e buracos negros) maiores do que antes.
Um salto cósmico em vez de uma singularidade
De acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, traçar o universo de trás para frente leva à singularidade do Big Bang, onde a densidade se torna infinita e as leis conhecidas da física não funcionam mais. Muitos físicos vêem esta fragmentação como evidência de que as teorias existentes não fornecem uma descrição completa do universo primitivo.
A cosmologia Bounce oferece outra possibilidade. Nesta imagem, o universo começa como uma nuvem gigante que encolhe até atingir um estado extremamente denso. Em vez de colapsar numa singularidade infinita, atinge uma densidade muito elevada mas finita e depois inverte a direcção, expandindo-se para fora.
O professor Gaztanaga disse: “Singularidades muitas vezes sinalizam que nossa descrição teórica atingiu seus limites. Uma onda fornece uma maneira para o universo fazer a transição da contração para a expansão sem a necessidade de uma nova física exótica.”
Os pesquisadores argumentam que a física quântica poderia criar tal onda naturalmente. Em densidades extremamente altas, os efeitos quânticos podem gerar pressões poderosas que impedem a matéria de ser comprimida sem limites. Efeitos semelhantes já ajudam a estabilizar objetos densos como anãs brancas e estrelas de nêutrons e podem reproduzir a fase de expansão inflacionária.
O modelo deles aplica um processo relacionado a todo o universo. Durante a contração, a pressão quântica pode eventualmente tornar-se forte o suficiente para evitar o colapso e empurrar o universo para um novo período de expansão.
Uma possível ligação com a inflação e a energia escura
Os pesquisadores dizem que o aumento poderia potencialmente resolver dois grandes enigmas da cosmologia. Isto pode ajudar a explicar por que houve uma expansão rápida e notavelmente uniforme em todas as direções no universo primitivo, um processo conhecido como inflação.
A mesma estrutura também pode fornecer informações sobre a expansão acelerada observada hoje no universo. Atualmente, os cientistas atribuem essa aceleração à energia escura, um fenómeno cuja natureza subjacente é pouco compreendida.
Outra previsão importante é que alguns objetos formados durante a fase de contração podem sobreviver ao salto. De acordo com os cálculos da equipe, objetos compactos com tamanho superior a cerca de 90 metros podem sofrer a transição e ressurgir depois que o universo começar a se expandir.
Possíveis remanescentes sobreviventes incluem ondas gravitacionais, flutuações de densidade e buracos negros antigos.
Buracos negros antigos como matéria escura
Esses remanescentes poderiam fornecer uma possível explicação para a matéria escura dos buracos negros. Embora a matéria escura não possa ser observada diretamente, a sua influência gravitacional ajuda a determinar como as galáxias se formam e como a matéria é organizada na estrutura em grande escala do universo.
Se fossem produzidos buracos negros suficientes durante a onda, os investigadores dizem que poderiam ser responsáveis por uma grande parte da matéria escura. Em teoria, eles poderiam até explicar tudo.
Este modelo também pode lançar luz sobre algumas observações misteriosas do Telescópio Espacial James Webb. Webb detectou objetos inesperadamente massivos no universo primitivo, incluindo fontes às vezes descritas como “pequenos pontos vermelhos”. Muitos astrónomos acreditam que estes objetos podem estar associados a buracos negros de rápido crescimento que apareceram muito antes do esperado na história cósmica.
“Se buracos negros massivos já estivessem presentes imediatamente após o salto, o universo primitivo não precisaria começar do zero ao formar as primeiras galáxias”, disse Gaztanaga.
Descoberta de evidências antes do Big Bang
A teoria oferece previsões que observações futuras podem potencialmente testar. Os pesquisadores podem procurar ondas gravitacionais relíquias criadas durante uma fase cósmica anterior.
Os cientistas também podem pesquisar na radiação cósmica de fundo em busca de padrões sutis que possam preservar informações de antes do Big Bang.
“Ainda há muito trabalho para testar essas ideias”, disse Gaztanaga. “Mas se o universo prosperou, as estruturas escuras que moldam as galáxias hoje podem ser remanescentes da era cósmica anterior ao Big Bang”.
