A matéria escura pode estar se agregando em torno de buracos negros, fornecendo um possível meio de medir indiretamente suas propriedades.
Além da matéria comum, o Universo está repleto de uma substância misteriosa conhecida como matéria escura, que não emite, absorve ou reflete luz. Esta entidade foi descoberta pelo astrônomo suíço Fritz Zwicky em 1933, não por meio de observação direta, mas devido à atração gravitacional que exerce sobre os corpos celestes — a matéria comum por si só não seria suficiente para manter as estrelas em suas órbitas em torno dos centros galácticos ou manter as galáxias em aglomerados.
No entanto, apesar do fato de que a matéria escura representa cerca de 85% de toda a matéria do Universo, sua composição exata permanece desconhecida. Muitas ideias foram apresentadas nas últimas décadas, apoiadas por pesquisas teóricas e experimentais, mas até agora nem os detectores terrestres nem os satélites espaciais forneceram respostas concretas.
Estas falhas levaram os astrofísicos a procurar outras formas de estudar a matéria escura, sendo um dos meios mais populares através da observação de buracos negros, cuja poderosa gravidade deverá atrair grandes quantidades desta substância.
Se a matéria escura realmente se acumula em nuvens densas ao redor dos buracos negros, isso deve afetar as características desses corpos celestes, tornando possível medir indiretamente as propriedades das partículas de matéria escura.
O melhor lugar para procurar matéria escura?
Em nenhum lugar isso é mais provável do que na fusão de dois buracos negros, onde as propriedades das ondas gravitacionais emitidas devem ser afetadas por sua interação com a teorizada nuvem de matéria escura. No entanto, esses eventos de fusão são bastante raros e a sensibilidade insuficiente dos detectores modernos de ondas gravitacionais não permite que os físicos meçam com precisão as propriedades da radiação gravitacional resultante.
Para superar essas dificuldades, os físicos teóricos Man Ho Chan e Chak Man Lee, da The Education University of Hong Kong, propuseram a investigação de outro processo físico cujo estudo não envolve a detecção extremamente desafiadora de ondas gravitacionais ilusórias: o movimento de uma estrela em torno de um buraco negro em um sistema binário.
Em um artigo recente publicado em As cartas do jornal astrofísicoos cientistas analisaram a dinâmica de dois desses sistemas conhecidos como A0620-00 e XTE J1118+480.
Cada um desses sistemas binários, consistindo de um buraco negro com uma massa de cerca de seis massas solares e uma estrela várias vezes mais leve que o nosso Sol, está localizado a apenas alguns milhares de anos-luz da Terra, o que os torna bastante fáceis de observar e estudar. .
As estrelas orbitam os buracos negros em questão de horas, e isso, segundo a teoria geral da relatividade de Einstein, deve resultar na intensa emissão de ondas gravitacionais. Essa radiação carrega a energia do sistema binário, o que leva a uma redução no período de rotação das estrelas.
uma discrepância
Cálculos feitos na teoria de Einstein previam que esses períodos deveriam diminuir cerca de 10 nanossegundos por ano. No entanto, observações astronômicas mostraram que a redução real é cerca de duas ordens de magnitude maior.
A explicação da equipe para essa contradição é que as estrelas estão perdendo velocidade não apenas pela emissão de ondas gravitacionais, mas também como consequência da interação gravitacional com as nuvens de matéria escura que cercam os buracos negros. Esse mecanismo hipotético é chamado de “atrito dinâmico” e se assemelha à força de arrasto exercida por um corpo em movimento em um fluido.
“Este é o primeiro estudo a aplicar o ‘modelo de fricção dinâmica’ em um esforço para validar e provar a existência de matéria escura ao redor de buracos negros”, disse Chan, professor associado do Departamento de Ciências e Estudos Ambientais, em um estudo Comunicado de imprensa. “O estudo fornece uma nova direção importante para futuras pesquisas sobre matéria escura.”
Os cientistas compararam a diminuição observada na taxa de revolução das estrelas com as previsões da teoria para diferentes modelos de matéria escura e descobriram que as observações se encaixam muito bem no intervalo previsto, validando ainda mais sua interpretação e fornecendo uma prova de que a matéria escura existe em esses locais.
Embora esses resultados sejam empolgantes, antes que possamos tirar conclusões definitivas, mais pesquisas e provas concretas são necessárias. Os cientistas argumentam que observações futuras permitirão não apenas entender qual modelo teórico de matéria escura se encaixa melhor no experimento, mas também excluir outras explicações possíveis para a mudança anormalmente rápida no período de revolução das estrelas em ambos os sistemas binários, como interação sutil dos campos magnéticos das estrelas com a matéria comum ao redor dos buracos negros.
Felizmente, parece que as observações necessárias podem ser feitas em um futuro próximo, pois existem muitos sistemas binários adequados perto da Terra que podem ser observados com telescópios ópticos em oposição aos detectores de ondas gravitacionais, que têm uma precisão bastante baixa.
“Somente na Via Láctea, existem pelo menos 18 sistemas binários semelhantes ao nosso objeto de pesquisa que podem fornecer informações valiosas para ajudar a desvendar o mistério da matéria escura”, concluiu Chan.
Referência: Man Ho Chan e Chak Man Lee, Evidência indireta de picos de densidade de matéria escura em torno de buracos negros de massa estelar, The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acaafa.
Crédito da imagem em destaque: BoliviaInteligente no Unsplash
