Poderia o decaimento da matéria escura ter ajudado a criar os primeiros buracos negros supermassivos do universo?

"Com o Telescópio Espacial James Webb agora revelando mais buracos negros supermassivos no universo primitivo, esse mecanismo pode ajudar a preencher a lacuna entre teoria e observação."

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Por Robert Lea

Traduzido e adaptado por Marco Centurion

Uma nova pesquisa sugere que buracos negros supermassivos que existiam antes de o cosmos completar 1 bilhão de anos podem ter se formado com uma ajuda da matéria escura, a substância mais misteriosa do universo.

Uma ilustração de um buraco negro supermassivo contra um fundo de matéria escura. (Créditos da imagem: Robert Lea (criado com Canva))

Desde que o Telescópio Espacial James Webb (JWST) começou a enviar dados de volta à Terra, no ano de 2022, ele tem apresentado um problema curioso para os cientistas, ao encontrar buracos negros supermassivos já cerca de 500 milhões de anos após o Big Bang. Isso é um problema porque os processos de fusão e acreção que permitem que buracos negros atinjam massas de milhões ou bilhões de vezes a massa do Sol deveriam levar pelo menos 1 bilhão de anos para se completar.

Os cientistas, portanto, têm buscado avidamente um mecanismo de crescimento que possa explicar como buracos negros supermassivos poderiam existir tão cedo no universo. Agora, uma equipe de pesquisadores teoriza que esses titãs cósmicos podem ter surgido antes do tempo esperado, graças a alterações nas galáxias provocadas pela energia liberada pelo decaimento da matéria escura.

Um dos mecanismos sugeridos para o crescimento precoce de buracos negros é o colapso direto de enormes nuvens de gás e poeira, formando imediatamente um buraco negro inicial sem o tempo necessário para que uma estrela massiva surja, prossiga seu cilo e se transforme em uma das tantas etapas finais possíveis para uma estrela.

No entanto, esse processo ainda exigiria estrelas irradiando energia sobre essas nuvens de matéria, o que é algo raro. Raro demais para explicar a abundância de buracos negros supermassivos primordiais observados pelo JWST. A menos que exista outra fonte de energia para impulsionar esse processo.

"Nosso estudo sugere que a matéria escura em decaimento pode remodelar profundamente a evolução das primeiras estrelas e galáxias, com efeitos amplos em todo o universo. Com o JWST agora revelando mais buracos negros supermassivos no universo primitivo, esse mecanismo pode ajudar a preencher a lacuna entre teoria e observação."

disse o líder da equipe, Yash Aggarwal, da Universidade da Califórnia em Riverside, em comunicado.

A matéria escura decai?

A matéria escura é aquela substância misteriosa que compõe 85% da matéria do cosmos. Ela permanece tão enigmática porque não interage com a luz, mais precisamente, com a radiação eletromagnética. Isso não apenas a torna efetivamente invisível, como também indica aos cientistas que a matéria escura não pode ser composta por elétrons, nêutrons e prótons, ou seja, as partículas que formam os átomos que compõem estrelas, planetas, luas, nossos corpos e tudo o que vemos ao nosso redor.

Isso impulsionou a busca por partículas além do Modelo Padrão da física de partículas. Essas partículas hipotéticas possuem uma variedade de massas e propriedades possíveis. Isso inclui algumas que atravessam umas às outras como fantasmas, algumas que interagem entre si trocando energia e outras que decaem em partículas menores, liberando uma pequena quantidade de energia no processo.

Aggarwal e seu colega da UCR, Flip Tanedo, acreditam que bastaria uma quantidade de energia equivalente a um bilionésimo de trilionésimo da energia de uma única pilha AA para "supercarregar" nuvens primordiais de gás, sendo o decaimento da matéria escura capaz de fornecer essa energia.

"As primeiras galáxias são essencialmente bolas de gás hidrogênio puro, cuja química é extremamente sensível à injeção de energia em escala atômica. Essas são as propriedades que desejamos em um detector de matéria escura, pois a assinatura desses ‘detectores’ pode ser justamente os buracos negros supermassivos que vemos hoje."

disse Tanedo.

Uma ilustração mostra um buraco negro formado por colapso direto no coração de um Little Red Dot. (Créditos da imagem: Robert Lea (criado com Canva))

O trabalho da equipe também permitiu estimar uma faixa de massa hipotética entre 24 e 27 elétron-volts para partículas de matéria escura capazes de desencadear a formação de buracos negros por colapso direto, o que poderia dar uma vantagem inicial ao crescimento de buracos negros supermassivos. A conclusão da equipe decorre de uma série de coincidências bastante favoráveis, que permitiram reunir a combinação certa de físicos de partículas, cosmólogos e astrofísicos para formular uma teoria de coincidência cósmica.

"Mostramos que o ambiente adequado de matéria escura pode tornar a ‘coincidência’ dos buracos negros de colapso direto muito mais provável. Da mesma forma, o apoio ao trabalho interdisciplinar ajudou a tornar possível a ‘coincidência’ que levou a este estudo."

disse Tanedo.

A pesquisa da equipe foi publicada na terça-feira (14 de abril) no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics e que pode ser lido na íntegra aqui.

Artigo encontrado no site Space.com (originalmente publicado em 27/04/2026)

Link para acesso ao original: https://www.space.com/astronomy/black-holes/did-decaying-dark-matter-help-create-the-universes-first-supermassive-black-holes