À medida que os cortes no financiamento federal afetam décadas de pesquisa, os cientistas podem recorrer aos buracos negros para encontrar alternativas naturais mais baratas às instalações caras que buscam matéria escura e partículas igualmente elusivas.

À medida que os cortes no financiamento federal afetam décadas de pesquisa, os cientistas podem recorrer aos buracos negros para encontrar alternativas naturais mais baratas às instalações caras que buscam matéria escura e partículas igualmente elusivas que guardam pistas para os segredos mais profundos do universo, sugere um novo estudo da Johns Hopkins sobre buracos negros supermassivos.

As descobertas podem ajudar a complementar despesas multibilionárias e décadas de construção necessárias para complexos de pesquisa como o Grande Colisor de Hádrons da Europa, o maior e mais energético acelerador de partículas do mundo.

"Uma das grandes esperanças para aceleradores de partículas como o Grande Colisor de Hádrons é que ele gere partículas de matéria escura, mas ainda não vimos nenhuma evidência disso", disse o coautor do estudo Joseph Silk , professor de astrofísica na Universidade Johns Hopkins e na Universidade de Oxford. "É por isso que há discussões em andamento para construir uma versão muito mais potente, um superacelerador de última geração. Mas, à medida que investimos US$ 30 bilhões e esperamos 40 anos para construir esse superacelerador, a natureza pode nos dar um vislumbre do futuro em buracos negros supermassivos."

A pesquisa foi publicada em 3 de junho na Physical Review Letters .

Aceleradores de partículas colidem prótons e outras partículas subatômicas umas contra as outras a uma velocidade próxima à da luz, expondo os aspectos mais fundamentais da matéria. Sutis flashes de energia e detritos resultantes do choque podem revelar partículas até então desconhecidas, incluindo potenciais candidatas à matéria escura, um componente crítico, porém fantasmagórico, do universo que os cientistas ainda não detectaram. Instalações como o Grande Colisor de Hádrons, um túnel circular de 27 quilômetros, também ajudaram a transformar a internet, a terapia do câncer e a computação de alto desempenho.

Um buraco negro pode girar em torno de seu eixo como um planeta, mas com uma força muito maior devido ao seu intenso campo gravitacional. Cientistas estão descobrindo cada vez mais que alguns buracos negros massivos de rotação rápida, localizados no centro de galáxias, liberam enormes explosões de plasma, provavelmente devido a jatos alimentados pela energia de sua rotação e dos discos de acreção circundantes. São esses eventos que poderiam gerar os mesmos resultados que os supercolisores artificiais, mostra o novo estudo.

"Se buracos negros supermassivos conseguem gerar essas partículas por meio de colisões de prótons de alta energia, então poderíamos receber um sinal na Terra, alguma partícula de altíssima energia passando rapidamente pelos nossos detectores", disse Silk, que também é pesquisador no Instituto de Astrofísica de Paris e na Universidade de Oxford. "Isso seria a evidência de um novo acelerador de partículas dentro dos objetos mais misteriosos do universo, atingindo energias que seriam inatingíveis em qualquer acelerador terrestre. Veríamos algo com uma assinatura estranha que possivelmente forneceria evidências da matéria escura, o que é um pouco mais complicado, mas é possível."

O novo estudo mostra que "fluxos de gás" em queda livre perto de um buraco negro podem extrair energia de seu spin, tornando-se muito mais violentos do que os cientistas imaginavam ser possível. Perto de um buraco negro em rotação rápida, essas partículas podem colidir caoticamente. Embora não sejam idênticos, o processo é semelhante às colisões que os cientistas criam usando campos magnéticos intensos para acelerar partículas no túnel circular de um acelerador de partículas de alta energia.

"Algumas partículas dessas colisões descem pela garganta do buraco negro e desaparecem para sempre. Mas, devido à sua energia e momento, algumas também escapam, e são essas que escapam que são aceleradas a energias sem precedentes", disse Silk. "Descobrimos o quão energéticos esses feixes de partículas poderiam ser: tão poderosos quanto os de um superacelerador, ou mais. É muito difícil dizer qual é o limite, mas eles certamente estão à altura da energia do mais novo superacelerador que planejamos construir, então certamente poderiam nos fornecer resultados complementares."

Para detectar essas partículas de alta energia, os cientistas poderiam usar observatórios que já rastreiam supernovas, erupções massivas de buracos negros e outros eventos cósmicos, disse Silk. Entre eles, estão detectores como o Observatório de Neutrinos IceCube, no Polo Sul, ou o Telescópio de Neutrinos Kilometer Cube, que recentemente detectou o neutrino mais energético já registrado sob o Mar Mediterrâneo.

"A diferença entre um supercolisor e um buraco negro é que os buracos negros estão muito distantes", disse Silk. "Mas, mesmo assim, essas partículas chegarão até nós."

Andrew Mummery , físico teórico da Universidade de Oxford, também é autor do estudo.