De acordo com uma nova pesquisa da Universidade de Portsmouth, os buracos negros que se formaram antes do Big Bang podem ter sobrado no universo que vemos hoje. Estes objetos antigos podem servir como “fósseis cósmicos” e podem até ajudar a explicar a matéria escura, a substância invisível que desempenha um papel crucial na formação de galáxias em todo o universo.
As descobertas examinam a possibilidade de o universo não ter começado com um único evento explosivo. Em vez disso, os investigadores estão a explorar modelos de “saltos” cósmicos, nos quais um universo anterior se contraiu antes de mudar de curso e se expandir. Neste cenário, alguns buracos negros daquela fase cósmica inicial poderiam ter sobrevivido à transição e permanecido como “fósseis cósmicos” desde então.
Se esta ideia se provar correta, estes buracos negros primordiais poderão fornecer pistas para várias questões importantes não respondidas na cosmologia. Eles podem ajudar os cientistas a compreender o que é a matéria escura e como as primeiras galáxias e outras grandes estruturas começaram a se formar.
Repensando o começo do mundo
O professor Enrique Gaztanaga, autor principal do estudo 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 são fortemente formados há um bilhão de anos. Bilhões de anos de expansão cósmica e formação de galáxias.
Este modelo teve um sucesso notável. Ele explica a radiação cósmica de fundo em micro-ondas – radiação fraca 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 particular, o que causou a breve explosão de rápida expansão conhecida como inflação, ou o que é a ‘matéria escura’ invisível, que pesa cerca de cinco para um sobre a matéria normal.
“A nossa investigação explora uma possibilidade que poderia unir vários destes puzzles: o universo pode não ter começado com uma única explosão, mas em vez disso emergiu de um salto cósmico semelhante ao da inflação, com alguns dos objetos mais antigos do universo potencialmente deixados como relíquias de antes.”
Alguns buracos negros podem ter se formado durante a fase inicial de contração e depois passado pelo salto. Se assim for, estes efeitos ainda poderão afetar a forma como as galáxias são estruturadas milhares de milhões de anos mais tarde.
Outros buracos negros podem ter-se formado logo após o salto porque as flutuações de densidade foram amplificadas. Neste caso, a matéria está distribuída em concentrações invulgarmente fortes no universo jovem. Essas regiões mais densas eram mais propensas a entrar em colapso devido à gravidade e a desenvolver-se em grandes estruturas cósmicas (e buracos negros) mais cedo do que seria possível.
Um salto cósmico em vez da 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 decomposição como evidência de que as teorias existentes não fornecem uma descrição completa do universo primitivo.
A cosmologia do salto oferece outra possibilidade. Nesta imagem, o universo começa como uma vasta nuvem que se contrai até atingir um estado muito denso. Em vez de entrar em colapso em uma singularidade infinita, atinge uma densidade muito alta, mas finita, e então se expande na direção oposta.
O professor Gaztañaga acrescentou: “As singularidades muitas vezes mostram que a nossa descrição teórica atingiu os seus limites. Um salto fornece uma forma de o Universo passar da contracção à expansão sem a necessidade de uma nova física exótica.”
Os pesquisadores argumentam que a física quântica pode naturalmente dar esse salto. Em densidades muito altas, os efeitos quânticos podem criar fortes pressões que impedem a compressão ilimitada da matéria. Efeitos semelhantes ajudam agora 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 coerente a todo o universo. Durante a contração, a pressão quântica pode eventualmente tornar-se forte o suficiente para parar o colapso e empurrar o universo para um novo período de expansão.
Possível ligação com a inflação e a energia escura
Os pesquisadores dizem que a mutação poderia potencialmente resolver dois grandes mistérios da cosmologia. Isto pode explicar porque é que o Universo primitivo sofreu uma expansão rápida e notavelmente uniforme em todas as direcções, um processo conhecido como inflação.
O mesmo quadro também pode fornecer informações sobre a expansão acelerada observada no universo atual. Os cientistas atribuem actualmente esta aceleração à energia escura, um fenómeno cuja natureza subjacente ainda é pouco compreendida.
Outra previsão importante é que alguns corpos criados durante a fase de contração poderão sobreviver à própria mutação. De acordo com os cálculos da equipe, objetos compactos maiores que cerca de 90 metros poderiam passar pela transição e reaparecer depois que o universo começar a se expandir.
Possíveis remanescentes incluem ondas gravitacionais, flutuações de densidade e buracos negros antigos.
Buracos negros antigos como matéria escura
Os buracos negros restantes poderiam fornecer uma possível explicação para a matéria escura. 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 está organizada na estrutura em grande escala do Universo.
Se buracos negros suficientes fossem produzidos durante a explosão, dizem os pesquisadores, eles poderiam constituir uma porção significativa da matéria escura. Na verdade, eles podem até explicar tudo.
O modelo também pode lançar alguma luz sobre algumas observações intrigantes do Telescópio Espacial James Webb. A web identificou alguns objetos inesperadamente massivos no universo primitivo, incluindo fontes às vezes descritas como “pequenos pontos vermelhos”. Muitos astrónomos pensam que estes objetos podem estar relacionados com buracos negros de rápido crescimento que apareceram muito antes do esperado na história cósmica.
“Se buracos negros supermassivos existissem imediatamente após o salto, o universo primitivo não precisaria começar do zero ao construir as primeiras galáxias”, diz Gaztanaga.
Procure evidências anteriores ao big bang
Esta teoria faz previsões que observações futuras podem potencialmente testar. Os pesquisadores podem procurar ondas gravitacionais residuais criadas durante a fase cósmica inicial.
Os cientistas também podem pesquisar na radiação cósmica de fundo em busca de padrões sutis que possam conter informações sobre a era anterior ao Big Bang.
“Ainda há muito trabalho para testar estas ideias”, acrescentou Gaztanaga. “Mas se o universo experimentasse um salto, as estruturas escuras que hoje constituem as galáxias poderiam ser remanescentes da era cósmica que precedeu o big bang.”
