Buracos negros antes do Big Bang: possíveis relictos do ressalto cósmico como matéria escura

Investigadores concluíram que buracos negros formados antes do Big Bang poderão ainda existir na actualidade, como relictos sobreviventes.

Se forem reais, estes objectos antiquíssimos transportariam massa e traços estruturais de uma fase cósmica anterior, abrindo uma via alternativa para compreender a formação das galáxias e o motivo pelo qual a matéria invisível parece dominá-las.

Nesta abordagem, os buracos negros relictos surgem num Universo que primeiro contraiu e só depois voltou a expandir - em vez de ter começado num único ponto de origem.

Ao seguir a forma como as estruturas atravessariam essa passagem, Enrique Gaztañaga, da Universidade de Portsmouth, indicou que alguns objectos compactos conseguiriam manter-se intactos durante um “ressalto cósmico”.

Buracos negros nascidos antes do Big Bang

Um ressalto cósmico descreve um Universo que começa por encolher até atingir um estado extremamente pequeno e densamente compactado, com a matéria comprimida ao limite.

Em vez de colapsar para o nada, essa compressão seria travada e inverter-se-ia, levando o Universo a voltar a expandir-se para o cosmos amplo e em crescimento que hoje observamos.

A partir daí, o espaço recomeçaria a expandir, arrastando consigo quaisquer estruturas que tenham conseguido atravessar a transição.

Nesse cenário, os “sobreviventes” não se formariam de novo após o início quente: conservariam, antes, características moldadas durante o colapso anterior, sugerindo a existência de relictos adicionais que ainda podem influenciar o Universo actual.

Para lá de um único começo

A cosmologia padrão continua a explicar uma quantidade notável de factos sobre a expansão do Universo e sobre a forma como a matéria se distribuiu.

Esse quadro também é compatível com a ténue luz remanescente do Universo primordial e com o padrão global de distribuição das galáxias.

As medições do satélite Planck indicam que, num Universo com 13,8 mil milhões de anos, a matéria escura - massa invisível detectada através da gravidade - representa cerca de cinco vezes a matéria comum.

Os modelos de ressalto voltam a colocar estas questões em cima da mesa ao substituírem um arranque explosivo por uma contracção que se reverte, em vez de empurrar a física para uma ruptura evidente.

Onde a física deixa de funcionar

Nas equações de Einstein, o Big Bang tradicional, ao ser extrapolado para trás no tempo, conduz a uma singularidade - um ponto em que a física actual deixa de produzir previsões úteis.

Gaztañaga sustentou que este sinal de alerta é relevante, porque os infinitos costumam indicar aos físicos que a sua descrição ultrapassou o domínio de validade.

“Singularities often signal that our theoretical description has reached its limits,” disse o Prof. Gaztañaga.

Na alternativa proposta, a contracção chegaria a uma densidade extrema, mas finita, e inverter-se-ia antes de a matemática deixar de fazer sentido.

A pressão muda tudo

Perto do momento de viragem, o modelo propõe que a compressão extrema gerou uma pressão quântica que se opôs ao colapso adicional.

Uma pressão análoga já contribui para que anãs brancas e estrelas de neutrões não sejam esmagadas indefinidamente, pelo que a ideia recorre a um efeito estabilizador bem conhecido.

Nesta leitura, o ressalto também funcionaria como um análogo da inflação - um episódio de expansão inicial extremamente rápida - sem necessidade de introduzir um mecanismo separado para o desencadear.

Como a mesma configuração poderá ainda ligar-se à aceleração da expansão observada hoje, a proposta procura enfrentar vários enigmas em simultâneo.

Nem todos os objectos conseguem sobreviver

A dimensão é determinante para atravessar o ressalto, porque apenas objectos maiores do que cerca de 90 metros poderiam permanecer para lá do horizonte cósmico e escapar à destruição.

Perturbações ou objectos que se mantenham acima desse limiar evitariam ser reorganizados, já que, durante a travessia, as forças não conseguiriam actuar de um lado ao outro.

Os cálculos sugeriram que os relictos sobreviventes poderiam incluir ondas gravitacionais - ondulações no espaço-tempo -, além de objectos compactos e aglomerados muito densos.

Esta variedade é importante porque diferentes “sobreviventes” deixariam assinaturas distintas nas galáxias posteriores e no céu observável.

Buracos negros relictos podem comportar-se como matéria escura

Dentro das galáxias, buracos negros relictos actuariam como a massa invisível já inferida a partir das velocidades orbitais e do padrão de grande escala da distribuição galáctica.

Caso existam em números enormes, comportar-se-iam como matéria escura, uma vez que a gravidade é indiferente ao facto de a matéria emitir luz ou não.

Ao contrário de muitas hipóteses baseadas em partículas, esta versão não exigiria um ingrediente ainda desconhecido, apenas objectos antigos que tenham sobrevivido a um colapso prévio.

O ponto crítico é a abundância: demasiado poucos relictos quase nada explicariam; em excesso, entrariam em conflito com limites observacionais já estabelecidos.

Sementes das primeiras galáxias

Outra vantagem surgiria nos primórdios da construção de galáxias, porque buracos negros já existentes poderiam dar às primeiras galáxias uma vantagem inicial.

O telescópio Webb já identificou objectos vermelhos compactos que muitas vezes parecem associados a buracos negros em alimentação, incluindo pequenos pontos vermelhos.

“Se buracos negros massivos já existissem imediatamente após o ressalto, o Universo primordial não teria de começar do zero ao construir as primeiras galáxias”, afirmou Gaztañaga.

Isso reduziria a pressão para explicar por que motivo alguns buracos negros enormes apareceram tão cedo na história cósmica.

Sinais ainda por detectar

Indícios de uma fase de colapso anterior ao Big Bang - um período em que o Universo encolhia em vez de expandir - teriam de surgir de forma indirecta, em padrões que nenhum telescópio conseguiu ainda caracterizar de modo conclusivo.

Um dos alvos é um fundo de ondas gravitacionais relictas, que preservaria movimentos provenientes dessa fase anterior.

Outro é a radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB), a luz remanescente do Universo jovem e quente, onde padrões subtis poderão conter “cicatrizes” mais antigas.

Efeitos pequenos de objectos compactos ancestrais também poderiam desviar luz (lentes gravitacionais) ou agitar gás quente, dando às futuras campanhas de observação formas de confirmar ou excluir a hipótese.

Muitas perguntas continuam em aberto

Afirmações ambiciosas exigem testes rigorosos, e esta depende de suposições sobre a forma como as estruturas se formaram durante a contracção.

Essas suposições determinam quantos relictos atravessam o ressalto, que massas atingem e se se agrupam de maneiras detectáveis pela astronomia.

Entretanto, continuam a existir explicações concorrentes para a matéria escura baseadas em partículas, e há modelos alternativos que tentam justificar buracos negros precoces sem recorrer a um ressalto.

“Mas se o Universo tiver, de facto, passado por um ressalto, as estruturas escuras que hoje moldam as galáxias poderão ser remanescentes de uma época cósmica que precedeu o Big Bang”, acrescentou Gaztañaga.

No conjunto, a proposta transforma os buracos negros em possíveis mensageiros de um tempo anterior ao início quente - e não apenas em detritos gerados por ele.

Mapas mais detalhados da luz primordial, de objectos compactos e das ondas gravitacionais determinarão se esta ideia permanece apenas provocadora ou se se torna operacional para a cosmologia.