Em 2023, uma partícula subatômica chamada neutrino embateu na Terra com uma energia tão elevada que deveria ser impossível.
© NASA (ilustração de buracos negros primordiais)
De fato, não se conhecem fontes no Universo capazes de produzir tal energia, 100.000 vezes mais do que a partícula mais energética alguma vez produzida pelo LHC (Large Hadron Collider), o acelerador de partículas mais potente do mundo.
No entanto, uma equipe de físicos da Universidade de Massachusetts Amherst colocou recentemente a hipótese de que algo assim poderia acontecer quando um tipo especial de buraco negro, chamado "buraco negro primordial quasi-extremo", explodisse.
Numa nova pesquisa, a equipe não só explica o neutrino, de outro modo impossível, como mostra que a partícula elementar pode revelar a natureza fundamental do Universo. Os buracos negros existem e compreendemos bem o seu ciclo de vida: uma estrela velha e grande fica sem combustível, implode numa supernova poderosa e massiva e deixa para trás uma área do espaço-tempo com uma gravidade tão intensa que nada, nem mesmo a luz, consegue escapar. Estes buracos negros são incrivelmente pesados e são essencialmente estáveis.
Mas, tal como o físico Stephen Hawking referiu em 1970, outro tipo de buraco negro, um buraco negro primordial (BNP), poderia ser criado não pelo colapso de uma estrela, mas a partir das condições primordiais do Universo, pouco depois do Big Bang. Até agora, os BNPs existem apenas em teoria e, tal como os buracos negros normais, são tão densos que quase nada lhes consegue escapar. No entanto, apesar da sua densidade, os BNPs podem ser muito mais leves do que os buracos negros que observamos até agora. Além disso, Hawking mostrou que os buracos negros primordiais podiam emitir lentamente partículas, através do que é agora conhecido como "radiação Hawking", se ficassem suficientemente quentes.
À medida que os BNPs se evaporam, tornam-se cada vez mais leves e, portanto, mais quentes, emitindo ainda mais radiação num processo descontrolado até à explosão. É essa radiação Hawking que os telescópios conseguem detectar. Se uma tal explosão fosse observada, forneceria um catálogo definitivo de todas as partículas subatômicas existentes, incluindo as que já observamos, como os elétrons, os quarks e os bósons de Higgs, as partículas de matéria escura, e as demais que são desconhecidas para a ciência.
A equipe demonstrou anteriormente que tais explosões poderiam ocorrer com uma frequência surpreendente, mais ou menos a cada década, e os atuais instrumentos de observação do cosmos poderiam registar estas explosões. Até aqui, tudo teórico.
Então, em 2023, uma experiência chamada Colaboração KM3NeT (Cubic Kilometre Neutrino Telescope) captou esse tal neutrino impossível, exatamente o tipo de evidência que a equipe supôs que poderíamos ver em breve. Mas houve um contratempo: uma experiência semelhante, chamada IceCube, também criada para captar neutrinos cósmicos altamente energéticos, não só não registou o acontecimento, como até nunca tinha registado nada com um centésimo da sua potência.
Se o Universo é relativamente denso em BNPs, e estes explodem frequentemente, não deveríamos ser inundados por neutrinos de alta energia? O que é que pode explicar esta discrepância?
É possível que os BNPs com uma "carga escura", a que chamamos buracos negros primordiais quasi-extremos, são o elo que falta. A carga escura é essencialmente uma cópia da força elétrica habitual tal como a conhecemos, mas que inclui uma versão muito pesada e teórica do elétron. A equipe está confiante de que o seu modelo de BNPs com carga escura não só pode explicar o neutrino, como também pode responder ao mistério da matéria escura.
As observações de galáxias e do fundo cósmico de micro-ondas sugerem que existe algum tipo de matéria escura. Se a hipótese de carga escura for verdadeira, então é provável que poderá haver uma população significativa de BNPs, o que seria consistente com outras observações astrofísicas e explicaria toda a matéria escura em falta no Universo. Agora os cientistas podem estar à beira de verificar experimentalmente a radiação Hawking, obter evidências da existência de buracos negros primordiais e de novas partículas para além do Modelo Padrão, e explicar o mistério da matéria escura.
Um artigo foi publicado no periódico Physical Review Letters.
Fonte: University of Massachusetts