Os últimos anos têm sido incríveis para as descobertas físicas. Os cientistas descobriram o bóson de Higgs, uma partícula que estavam procurando há quase 50 anos, em 2012, e as ondas gravitacionais, que foram teorizadas há 100 anos, em 2016. Este ano, há a expectativa pela primeira foto de um buraco negro. Então, pensaram alguns teóricos, por que não combinar todas estas ideias malucas em um grande monstro de Frankestein da física? E se nós, digamos, tentarmos detectar a matéria escura que se irradia de buracos negros através de suas ondas gravitacionais?
Não é uma ideia tão estranha, na verdade. Agora que os cientistas têm detectado ondas gravitacionais, ondulações no espaço-tempo geradas pelos eventos físicos mais violentos, eles querem usar esta descoberta para fazer observações físicas reais. Eles acreditam que existe uma maneira de detectar todas as novas partículas que podem constituir a matéria escura, uma substância desconhecida que responde por mais de 80% de toda a gravidade no universo.
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“A ideia básica é que estamos tentando usar buracos negros, os objetos mais densos e compactos do universo, para procurar novos tipos de partículas”, explica Masha Baryakhtar, pesquisadora de pós-doutorado no Instituto Perimeter de Física Teórica do Canadá. Especialmente uma partícula: o áxion. “As pessoas têm procurado ele por 40 anos”, afirma.
Átomos gravitacionais
Os buracos negros são os sumidouros do universo, tão fortes que a luz não pode escapar da sua atração assim que ela entra em um deles. Eles têm campos gravitacionais tão poderosos que produzem ondas gravitacionais quando colidem uns com os outros. A matéria escura pode não ser feita a partir de partículas, com massa e energia, mas se fosse, seria feita de áxions, partículas em torno de um quintilhão (um bilhão de bilhões) de vezes mais leves que um elétron, que se encontram ao redor de buracos negros.
Baryakhtar e seus companheiros de equipe acreditam que os buracos negros são mais do que apenas armadilhas para a luz, mas núcleos no centro de uma espécie de átomo gravitacional. Os áxions seriam os elétrons, por assim dizer. Se você já leu sobre buracos negros, você sabe que eles têm discos de alta energia de gás incrivelmente quentes orbitando-os, produzidos pelo atrito entre as partículas aceleradas pela gravidade do buraco negro. Essa teoria ignora esse material, já que os áxions não interagem via atrito.
Mantendo a analogia do átomo, os áxions podem saltar ao redor do buraco negro, ganhando e perdendo energia da mesma maneira que os elétrons fazem. Mas os elétrons interagem através do eletromagnetismo, então eles liberam ondas eletromagnéticas, ou ondas de luz. Áxions interagem através da gravidade, então eles liberam ondas gravitacionais.
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Mas como já foi dito, áxions são minúsculos. Ao contrário de um átomo minúsculo, o buraco negro nesses “átomos de gravidade” gira, sobrecarregando o espaço ao redor dele e produzindo mais áxions. Apesar da pequena massa do áxion, este chamado processo de super-irradiação poderia gerar 10 ^ 80 áxions, o mesmo número de átomos no universo inteiro, em torno de um único buraco negro.
O mais louco de tudo é que nós devemos ser capazes de ouvir uma onda gravitacional zumbir através desses áxions movendo-se e liberando ondas gravitacionais em nossos detectores, semelhante à forma como vemos linhas espectrais saindo de elétrons em átomos nas aulas de química. “Veríamos isso em uma frequência particular que seria aproximadamente o dobro da massa do áxion”, diz Baryakhtar.
Existem detectores de ondas gravitacionais gigantes espalhados pelo mundo. Atualmente existe um chamado Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO, na sigla em inglês) no Estado de Washington, outro LIGO na Louisiana, ambos nos EUA, e um chamado Virgo, na Itália, que são sensíveis o suficiente para detectar ondas gravitacionais e com upgrades para detectar áxions e provar esta teoria. Os cientistas precisariam, essencialmente, gravar dados, reproduzi-los e ajustar a sua análise como um rádio para captar o sinal apenas na frequência certa.
Há outras maneiras que a equipe acredita que poderia detectar esse efeito de super-irradiação, medindo as rotações em conjuntos de buracos negros colidindo. Se os buracos negros realmente produzem áxions, os cientistas veriam muito poucos buracos negros girando rapidamente em colisões, já que os efeitos de super-irradiação iriam desacelerar alguns dos buracos negros colidindo e criar um efeito visível nos dados, de acordo com a pesquisa publicada este mês na revista Physical Review D. Os giros dos buracos negros teriam um padrão específico que seríamos capazes de detectar nos dados do detector de onda gravitacional.
Problemas
Existem alguns inconvenientes, como existem com qualquer teoria. Estes átomos de buraco negro teorizados teriam de produzir áxions de uma determinada massa, mas essa massa não é a ideal para que o áxion seja uma partícula de matéria escura, diz a Dr. Chanda Prescod-Weinstein, da Universidade de Washington, nos EUA. Além disso, a segunda ideia de detecção, a que analisa a taxa de rotação de buracos negros colidindo, pode não funcionar.
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“Eles dizem [no artigo] que não levam em conta a influência potencial de outro buraco negro”, diz o Dr. Lionel London, pesquisador associado na Faculdade de Física e Astronomia da Universidade de Cardiff, no Reino Unido, especializado em modelagem de ondas gravitacionais. “Se isso acabar por ser um efeito significativo e eles não o estão incluindo, poderia lançar dúvidas sobre seus resultados”. Mas há esperança. “Há boas razões para acreditar que o efeito de um outro buraco negro não será grande”, afirma.
Os detectores de ondas gravitacionais LIGO e Virgo provavelmente não estão prontos ainda para fazer este tipo de detecção. “Com a sensibilidade atual nós estamos a ponto de detectar áxions”, diz Baryakhtar. “Mas o LIGO continuará melhorando seus instrumentos e com a sensibilidade do projeto poderemos ver até milhares desses sinais de áxion chegando”, acredita ela. Milhares de zumbidos desses átomos de buracos negros.
“Eu acho que o cronograma é sempre uma preocupação, mas estamos apenas começando com as descobertas do LIGO”, disse Prescod-Weinstein. “Então, quem sabe o que existe ao virarmos a esquina nos próximos 10 anos?”. [Gizmodo]