Os buracos negros estãoentre os mistanãrios mais convincentes do universo. Nada, nem mesmo a luz, pode escapar de um buraco negro. E no centro de quase todas as gala¡xias háum buraco negro supermassivo que éde milhões a bilhaµes de vezes mais massivo que o sol. Compreender os buracos negros e como eles se tornam supermassivos pode esclarecer a evolução do universo.

Traªs fa­sicos do Laborata³rio Nacional Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA (DOE) desenvolveram recentemente um modelo para explicar a formação de buracos negros supermassivos, bem como a natureza de outro fena´meno: a matéria escura . Em um artigo publicado na Physical Review Letters , os fa­sicos teóricos Hooman Davoudiasl, Peter Denton e Julia Gehrlein descrevem uma transição de fase cosmola³gica que facilitou a formação de buracos negros supermassivos em um setor escuro do universo .

Uma transição de fase cosmola³gica ésemelhante a um tipo mais familiar de transição de fase: ferver a a¡gua. Quando a águaatinge a temperatura exata, ela explode em bolhas e vapor. Imagine esse processo ocorrendo com um estado primordial da matéria. Em seguida, inverta o processo para que tenha um efeito de resfriamento e amplie-o na escala do universo.

“Antes da existaªncia das gala¡xias, o universo era quente e denso, e isso estãobem estabelecido. . "Podemos prever o que aconteceu com aspartículas conhecidas porque elas interagem com frequência. Mas e se houverpartículas ainda não conhecidas por aa­ com um desempenho diferente?"

Para explorar essa questão, a equipe de Brookhaven desenvolveu um modelo para um setor escuro do universo, onde aspartículas ainda a serem descobertas abundam e raramente interagem. Entre essaspartículas pode estar a matéria escura ultraleve, prevista para ser 28 ordens de magnitude mais leve que um pra³ton. A matéria escura nunca foi observada diretamente, mas os fa­sicos acreditam que ela compaµe a maior parte da matéria do universo com base em seus efeitos gravitacionais.

“A frequência de interações entrepartículas conhecidas sugere que a matéria, como a conhecemos, não teria colapsado em buracos negros com muita eficiência”, disse Denton. “Mas, se houvesse um setor escuro com matéria escura ultraleve, o universo primitivo poderia ter tido as condições certas para uma forma muito eficiente de colapso”.

Observações recentes sugeriram buracos negros supermassivos formados no ini­cio do universo, muito antes do que os fa­sicos pensavam anteriormente. Esta descoberta deixa pouco tempo para explicar o crescimento de buracos negros supermassivos . Os fa­sicos sabem que os buracos negros adquirem massa principalmente por dois meios. Uma maneira, chamada de acreção, équando a matéria, principalmente poeira, cai em buracos negros. Mas háum limite para a velocidade pela qual a matéria pode se acumular em buracos negros por acreção. A segunda maneira éatravanãs de colisaµes gala¡cticas, durante as quais dois buracos negros podem se fundir; no entanto, no ini­cio do universo, as gala¡xias estavam apenas comea§ando a se formar. Então, os fa­sicos ficaram se perguntando como essas antigas maravilhas cosmola³gicas cresceram tão rapidamente. Partí­culas de matéria escura ultraleve podem ser a pea§a que faltava.

"Teorizamos como aspartículas no setor escuro podem passar por uma transição de fase que permite que a matéria colapse de forma muito eficiente em buracos negros ", disse Denton. "Quando a temperatura do universo estãocerta, a pressão pode cair repentinamente para umnívelmuito baixo, permitindo que a gravidade assuma o controle e a matéria entre em colapso. Nossa compreensão daspartículas conhecidas indica que esse processo normalmente não aconteceria."

Tal transição de fase seria um evento drama¡tico, mesmo para algo tão espetacular quanto o universo.

"Esses colapsos são um grande problema. Eles emitem ondas gravitacionais ", disse Denton. “Essas ondas tem uma forma caracterí­stica, então fazemos uma previsão para esse sinal e sua faixa de frequência esperada”.

Os atuais experimentos de ondas gravitacionais não são sensa­veis o suficiente para validar a teoria, mas os experimentos de próxima geração podem ser capazes de detectar sinais dessas ondas. E com base na forma caracterí­stica das ondas, os fa­sicos puderam então se aprofundar nos detalhes da formação de buracos negros supermassivos . Atéla¡, os teóricos de Brookhaven continuara£o a avaliar novos dados e refinar seu modelo.