Nova teoria física sugere que buracos negros são a chave para os ciclos de expansão e contração do universo

O universo está se expandindo. Ninguém versado em astronomia ou física discorda desse fato.

Da mesma forma, ninguém realmente nega que o universo se expandirá em algum ponto em muitos bilhões de anos muito longe– e não há mais energia para uma maior expansão. Neste ponto algo tem que mudar. É aí que começa a divergência.

Há uma nova ruga neste argumento cosmológico, e é um otário. Correspondente um novo estudo pelos cosmólogos Daniela Pérez e Gustavo Romero, ambos do Instituto Argentino de Radioastronomia, o universo se expandiu e se contraiu repetidamente, e grandes buracos negros são algumas das únicas coisas que sobreviveram a esses intermináveis ​​ciclos de destruição e renovação. Esses ciclos fazem parte do que os cosmólogos chamam de um possível “salto cosmológico”.

Um modelo matemático de um buraco negro teórico está no centro do estudo revisado por pares de Péerez e Romero, publicado no Science Journal no mês passado Verificação Física D.

“Nossa principal descoberta é que a solução representa um buraco negro dinâmico que existe em todas as épocas do modelo cosmológico saltador”, escreveram eles.

Em outras palavras, o buraco negro de Peérez e Romero sobreviveu mesmo quando tudo ao seu redor foi obliterado quando o universo entrou em colapso a caminho de uma eventual recuperação.

É uma visão convincente. A questão do papel de um buraco negro em um universo saltitante “é claramente interessante”, disse Leandros Perivolaropoulos, físico da Universidade de Ioannina, na Grécia, que não esteve envolvido no estudo, ao The Daily Beast, “e este artigo pode ser visto como uma primeira tentativa de neutralizar isso.”

Mas cuidado: há muitas suposições no argumento de Peérez e Romero. É possível que no momento em que um universo salte da contração para a expansão, todas as regras que orientam nossa compreensão da física caiam pela janela. Talvez estejamos tentando entender o insondável.

“A própria relatividade geral se decompõe tanto na singularidade do buraco negro quanto na singularidade do salto cosmológico”, disse Perivolaropoulos. “Portanto, qualquer conclusão baseada nisso não pode ser levada a sério.”

Em outras palavras, no momento em que o universo colapsa ao seu menor tamanho, pouco antes de se recuperar, a gravidade pararia de funcionar normalmente. Isso é o que queremos dizer com uma singularidade: uma exceção às leis da física. Não temos ideia de como um buraco negro se comportaria se as regras fossem quebradas.

Os métodos de Peérez e Romero “têm espaço significativo para melhorias, para dizer o mínimo”, acrescentou Perivolaropoulos.

Para ser claro, a ideia subjacente de que o universo se expande e se contrai repetidamente não é nova. Um salto cosmológico é uma das várias teorias principais entre os cosmólogos que estudam a origem e o destino do universo.

De fato, pelo menos uma equipe de cientistas acredita que nosso universo de 13,7 bilhões de anos está no final de sua recente fase de expansão e poderia recomeçar o contrato em cerca de cem milhões de anos a caminho de um novo salto em alguns bilhões ou dezenas de bilhões de anos.

Teorias alternativas de como o universo poderia acabar incluem o universo desacelerando e congelando, colapsando sobre si mesmo ou se dissolvendo em uma miríade de universos de bolso fragmentados. Com todas as opções, fica claro por que o impacto cosmológico está atraindo tanto interesse. É uma maneira elegante de explicar algumas das coisas mais estranhas que vemos ao nosso redor no espaço.

Por um lado, pode ajudar a explicar por que temos esses aglomerados estranhos e dispersos de coisas em um universo que é quase uniformemente vazio. galáxias. Estrelas. planetas. Pessoas. Irregularidades no espaço que são subprodutos de expansão e contração sem fim.

O salto também pode fazer sentido para os maiores buracos negros. Especificamente, as espécies “supermassivas”, bilhões de vezes mais massivas que o nosso Sol, que exercem uma força gravitacional tão forte no espaço ao seu redor que nem mesmo a luz pode escapar.

Até agora, descobrimos dois desses buracos negros gigantes com um novo conjunto global de radiotelescópios chamado The Telescópio Horizonte de Eventos. Um foi observado no centro de nossa própria Via Láctea. O outro era avistado no coração de Messier 87uma galáxia a 54 milhões de anos-luz de distância.

Um buraco negro contém o que mais se aproxima de uma singularidade – uma exceção às regras aceitas da física – que podemos observar diretamente com nossos telescópios. No coração escuro e incrivelmente denso de um buraco negro, nossa compreensão do universo está entrando em colapso. Como disse Perivolaropoulos.

Há algo especial sobre um objeto tão grande e denso. E que algo especial poderia ajudar os maiores buracos negros a sobreviver cada vez que o universo salta e todo o resto é condensado em algum tipo de pasta lisa de matéria e energia.

Sua sobrevivência pode ser crucial. Talvez, apenas talvez, não seja coincidência que os buracos negros persistam e mantenham sua estranheza única quando tudo ao seu redor se contrai em homogeneidade. Talvez os buracos negros sejam uma das razões pelas quais o universo pode saltar as costas após uma de suas contrações uma vez a cada 30 bilhões de anos.

De acordo com Pérez e Romero, há razões para acreditar que grandes buracos negros, ainda intactos após um salto cosmológico, ajudam o universo a se reconstruir devolvendo a matéria ao espaço e misturando a matéria recém-expandida com sua energia.

“Se os buracos negros sobreviverem ao salto, eles podem gerar perturbações que levariam à estrutura e à formação inicial de galáxias na fase de expansão”, escreveram eles. Os buracos negros podem atuar como motores de criação, ou recriação, se você quiser, ajudando a formar galáxias, estrelas e planetas em uma galáxia em recuperação.

É uma ideia atraente. Especialmente dada outra teoria ganhando credibilidade (paralela à ideia de impacto cosmológico) de que existem buracos negros supermassivos no centro de cada galáxia. Só não encontramos todos eles ainda.

Para ser justo, Pérez e Romero não são os primeiros cosmólogos a explorar a relação entre um universo saltitante e grandes buracos negros. Bernard Carr e Timothy Clifton da Queen Mary University of London e Alan Coley da Dalhousie University no Canadá, já escreveu sobre isso Buracos negros sobreviveram a colisões cosmológicas por anos. “A matemática que fizemos sugere que é possível”, disse Coley ao The Daily Beast.

A diferença é que, no modelo de Coley e seus coautores, os buracos negros estão embutidos na estrutura circundante do universo em contração, em vez de serem encerrados dentro dele. Isso tornaria mais fácil para os buracos negros sobreviverem, mesmo que o material na estrutura do universo colapsasse sobre si mesmo.

No pensamento de Pérez e Romero, são os buracos negros Lado de dentro a estrutura. “Você está olhando para um modelo ligeiramente diferente”, disse Coley. Nesta noção do universo saltitante, os buracos negros são ainda mais difíceis do que se imaginava anteriormente – e potencialmente mais importantes para a nova expansão do universo.

Se há um perigo no canto da cosmologia que Pérez e Romero compartilham com Coley e seus coautores, são os dados rígidos bastante tênues sobre universos saltitantes e buracos negros supermassivos persistentes. Nossas sondas espaciais são poucas e distantes entre si. Só podemos ver tão longe com telescópios mais antigos.

Para entender melhor um possível salto cosmológico assistido por buracos negros, precisamos encontrar mais buracos negros. Especialmente grande nos centros das galáxias. Também precisamos de melhores medições da radiação de fundo do universo. Uma leitura precisa da radiação pode indicar ciclos de expansão e contração.

A boa notícia é que essas observações podem ser possíveis em breve. O novo Matriz BICEP, um grupo de quatro radiotelescópios em construção no Pólo Sul, pode nos dar boas leituras de radiação nos próximos anos. E podemos esperar mais imagens (e até alguns filmes) de grandes buracos negros do Event Horizon Telescope.

Quando cosmólogos como Pérez, Romero e Coley começam a encontrar buracos negros em todos os lugares, e também a registrar os padrões de radiação reveladores de um universo saltitante, talvez precisemos começar a fazer as pazes com a noção de que tudo o que podemos ver e imaginar é muito menos é único do que pensávamos anteriormente.

Na verdade, podemos estar vivendo na terceira, centésima ou milésima versão do universo após saltos repetidos, cada um alimentado em parte por buracos negros cada vez maiores.