Buracos negros primordiais criados nos primeiros instantes após o Big Bang - minaºsculos menores que a cabea§a de um alfinete e supermassivos cobrindo bilhaµes de milhas - podem ser responsa¡veis ​​por toda a matéria escura do universo.

Essa éa implicação de um novo modelo do universo primitivo criado por astrofisicos de Yale, da Universidade de Miami e da Agência Espacial Europanãia (ESA). Se for comprovada a verdade com os dados do telesca³pio espacial James Webb, a ser lana§ado em breve, a descoberta transformaria a compreensão dos cientistas sobre as origens e a natureza da matéria escura e dos buracos negros.

Pensa-se que a matéria escura - que nunca foi observada diretamente - constitui a maioria da matéria no universo e atua como o andaime invisível sobre o qual as gala¡xias se formam e se desenvolvem. Os fa­sicos passaram anos testando uma variedade de candidatos a  matéria escura, incluindopartículas hipotanãticas, como neutrinos estanãreis,partículas macia§as de interação fraca (WIMPS) e axions.

Buracos negros, por outro lado, foram observados. Um buraco negro éum ponto no espaço onde a matéria estãotão compactada que cria uma gravidade intensa. Nem mesmo a luz pode resistir a  sua atração. Os buracos negros são encontrados no centro da maioria das gala¡xias.

O novo estudo, aceito para publicação no The Astrophysical Journal, remonta a uma teoria proposta pela primeira vez na década de 1970 pelos fa­sicos Stephen Hawking e Bernard Carr. Na anãpoca, Hawking e Carr argumentaram que na primeira fração de segundo após o Big Bang, pequenas flutuações na densidade do universo podem ter criado uma paisagem ondulante com regiaµes "irregulares" que tinham massa extra. Essas áreas irregulares desmoronariam em buracos negros.

Embora a teoria não tenha ganhado força dentro da comunidade cienta­fica mais ampla - o novo estudo sugere que, se modificada ligeiramente, ela poderia ter poder explicativo afinal.

Se a maioria dos buracos negros primordiais “nasceram” com um tamanho de aproximadamente 1,4 vezes a massa do Sol da Terra, eles poderiam ser responsa¡veis ​​por toda a matéria escura, disse o professor de astronomia e física de Yale, Priyamvada Natarajan, o tea³rico do artigo.

Natarajan e seus colegas dizem que seu novo modelo mostra que as primeiras estrelas e gala¡xias teriam se formado em torno de buracos negros no ini­cio do universo. Além disso, ela disse, os buracos negros primordiais teriam a capacidade de se transformar em buracos negros supermassivos se banqueteando com gás e estrelas em sua vizinhana§a ou se fundindo com outros buracos negros.

“Os buracos negros primordiais, se eles existem, podem muito bem ser as sementes das quais todos os buracos negros supermassivos se formam, incluindo aquele no centro da Via La¡ctea”, disse Natarajan.

“ O que considero pessoalmente muito empolgante nessa ideia écomo ela unifica elegantemente os dois problemas realmente desafiadores em que trabalho - o de sondar a natureza da matéria escura e a formação e crescimento de buracos negros - e os resolve de uma são vez, " ela adicionou.

A missão do telesca³pio James Webb seráencontrar as primeiras gala¡xias que se formaram no ini­cio do universo e ver estrelas formando sistemas planetarios.

O primeiro autor do novo estudo éNico Cappelluti, ex-bolsista de pa³s-doutorado do Praªmio Yale Center for Astronomy & Astrophysics e agora professor assistente de física na Universidade de Miami. Ga¼nther Hasinger, diretor de ciência da ESA, éo segundo autor do estudo.

“ Nosso estudo mostra que, sem introduzir novaspartículas ou nova física, podemos resolver os mistanãrios da cosmologia moderna, desde a natureza da própria matéria escura atéa origem dos buracos negros supermassivos”, disse Cappelluti.

Os buracos negros primordiais também podem resolver outro quebra-cabea§a cosmola³gico: o excesso de radiação infravermelha, sincronizada com a radiação de raios X, que foi detectada em fontes distantes e escuras espalhadas pelo universo. Natarajan e seus colegas disseram que os buracos negros primordiais em crescimento apresentariam “exatamente” a mesma assinatura de radiação.

O melhor de tudo éque a existaªncia de buracos negros primordiais pode ser provada - ou desmentida - em um futuro pra³ximo, cortesia do James Webb Space Telescope e da missão Laser Interferometer Space Antenna (LISA) da ESA anunciada para 2030.

Se a matéria escura fosse composta de buracos negros primordiais, mais estrelas e gala¡xias teriam se formado em torno deles no ini­cio do universo - precisamente a anãpoca que o telesca³pio James Webb serácapaz de ver. LISA, entretanto, serácapaz de captar sinais de ondas gravitacionais de fusaµes iniciais de buracos negros primordiais.

“ Se as primeiras estrelas e gala¡xias já se formaram na chamada 'idade das trevas', Webb deve ser capaz de ver evidaªncias delas”, disse Hasinger.

Natarajan acrescentou: “Foi irresista­vel explorar essa ideia profundamente, sabendo que ela tinha o potencial de ser validada em breve”.