Pela primeira vez, os cientistas podem ter descoberto evidências indiretas de que uma grande quantidade de matéria escura invisível envolve buracos negros. A descoberta, se confirmada, pode ser um grande avanço no estudo da matéria escura.
A matéria escura compõe cerca de 85% de toda a matéria do universo, mas é quase completamente invisível para os astrônomos. Isso porque, ao contrário da matéria que compõe as estrelas, planetas e tudo ao nosso redor, a matéria escura não interage com a luz e não pode ser vista.
Felizmente, a matéria escura interage gravitacionalmente, o que permite aos pesquisadores inferir a presença de matéria escura observando seu efeito gravitacional em um "proxy" da matéria comum. Em um novo estudo, uma equipe de cientistas da Universidade de Educação de Hong Kong usou estrelas orbitando buracos negros em sistemas binários como "proxies".
A equipe observou como as órbitas das duas estrelas desaceleraram, ou desaceleraram ligeiramente, cerca de 1 milissegundo por ano, enquanto se moviam em torno de seus buracos negros companheiros, designados A0620-00 e XTE J1118+480. A equipe concluiu que a desaceleração foi o resultado da matéria escura engolindo os buracos negros e criando atrito e gravidade significativos para as estrelas enquanto orbitavam seus parceiros mais massivos.
Usando simulações computacionais de sistemas de buracos negros, a equipe aplicou o modelo dinâmico de fricção da matéria escura, amplamente utilizado na cosmologia, que pressupõe uma certa perda de momento por objetos que interagem gravitacionalmente com a matéria escura. As simulações mostraram que as taxas de decaimento observadas das órbitas correspondem às previsões do modelo de atrito. A taxa observada de decaimento orbital é cerca de 50 vezes a estimativa teórica, que é de cerca de 0,02 milissegundos de decaimento orbital por ano para binários desprovidos de matéria escura.
"Este é o primeiro estudo a usar o 'modelo de atrito dinâmico' para confirmar e provar a existência de matéria escura em torno de buracos negros", diz Jang Man Ho (abre em uma nova guia), líder do grupo e professor associado do Departamento de Ambiente de Ciências Naturais e Estudos Ambientais em sua declaração.
Os resultados do estudo, publicados em 30 de janeiro no The Astrophysical Journal Letters, ajudam a confirmar uma teoria de longa data na cosmologia de que os buracos negros podem absorver matéria escura que se aproxima o suficiente deles. Isso leva a uma redistribuição da matéria escura ao redor dos buracos negros, criando um "pico de densidade" em sua vizinhança imediata, o que pode afetar sutilmente as órbitas dos objetos circundantes.
Chan explicou que as tentativas anteriores de estudar a matéria escura em torno dos buracos negros dependiam da emissão de luz de alta energia na forma de raios gama, ou pulsações no espaço conhecidas como ondas gravitacionais. Essas emissões são causadas pela colisão e fusão de buracos negros, um evento raro no universo que pode fazer com que os astrônomos esperem muito tempo por dados suficientes.
Esta pesquisa oferece aos cientistas uma nova maneira de estudar a matéria escura distribuída em torno dos buracos negros, o que pode ajudá-los a serem mais ativos em suas pesquisas. A equipe pretende procurar binários de buracos negros semelhantes para estudar no futuro.
"Esta pesquisa abre uma importante nova direção para futuras pesquisas sobre a matéria escura", disse Chan. “Em apenas uma galáxia, a Via Láctea, existem pelo menos 18 sistemas binários semelhantes aos objetos em nosso estudo, que podem fornecer informações ricas que ajudarão a desvendar o mistério da matéria escura”.
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