Um artigo aceito para publicação pela revista Physical Review Letters apresenta uma possível explicação para a origem de uma partícula considerada “impossível” que atingiu a Terra em 2023. Segundo a pesquisa, ela pode ser um fragmento da explosão de um buraco negro primordial, formado nos primeiros instantes do Universo, logo após o Big Bang.
Caso essa hipótese seja confirmada, além de reforçar a existência desses buracos negros primitivos, o trabalho pode ajudar a desvendar a natureza da matéria escura, um dos maiores mistérios da física atual.
A partícula detectada foi um neutrino com energia cerca de 100 mil vezes superior à dos eventos mais energéticos já produzidos em laboratório, inclusive no Grande Colisor de Hádrons, o maior acelerador de partículas do mundo.
Grande Colisor de Hádrons (LHC), o maior acelerador de partículas do mundo. Créditos: CERN
Esse nível de energia é tão extremo que não pode ser explicado por fenômenos cósmicos conhecidos. Explosões de estrelas, colisões entre galáxias ou jatos de buracos negros comuns não seriam capazes de produzir um neutrino tão poderoso.
Chave do mistério estaria nos buracos negros primordiais
Diante disso, pesquisadores da Universidade de Massachusetts (UMass) em Amherst, nos EUA, sugerem que o neutrino pode ter sido liberado no momento final da vida de um buraco negro primordial em uma condição crítica, próximo do seu limite físico, um tipo ainda teórico de objeto cósmico.
A ideia se baseia na chamada radiação Hawking, proposta pelo físico Stephen Hawking, que prevê que buracos negros não são completamente estáveis, mas sim perdem energia lentamente ao emitir radiação térmica para o espaço. Quanto menor e mais quente for um buraco negro, mais intensa será essa emissão. Com o tempo, ele perde massa, aquece ainda mais e entra em um processo acelerado que termina em uma explosão final.
Conceito artístico de pequenos buracos negros primordiais. Crédito: Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA
O problema é que buracos negros formados a partir do colapso de estrelas são grandes e frios. Mesmo os menores deles levariam um tempo muito maior do que toda a idade do Universo conhecido para alcançar esse estágio explosivo.
Por isso, esses buracos negros não podem explicar o neutrino detectado. Já os buracos negros primordiais teriam surgido logo após o Big Bang, quando o Universo era extremamente quente e denso.
Esses objetos poderiam ser muito menores, com massas comparáveis às de planetas ou grandes asteroides. Por serem pequenos, seriam também muito quentes, liberando radiação de forma eficiente ao longo de sua existência.
Nessas condições, eles poderiam terminar suas vidas em explosões capazes de gerar partículas altamente energéticas, como o neutrino observado na Terra em 2023. “Quanto mais leve é o buraco negro, mais quente ele se torna e mais partículas emite”, explicou Andrea Thamm, coautora do estudo e professora de física na UMass Amherst em um comunicado. Segundo ela, esse processo se intensifica até culminar na explosão final.
Detectar essa partícula foi “extraordinário”
Os cientistas estimam que explosões desse tipo poderiam ocorrer aproximadamente uma vez a cada década no Universo observável. Até agora, porém, nenhuma havia sido identificada de forma clara.
Isso mudou quando o neutrino de energia extrema foi detectado pelo KM3NeT. O observatório, instalado no fundo do Mar Mediterrâneo, é formado por uma rede de sensores projetados para capturar sinais raros dessas partículas quase invisíveis.
“Detectar esse neutrino foi um evento extraordinário”, afirmou o professor Michael Baker, também integrante da equipe. Para ele, o sinal pode abrir caminho para testar experimentalmente teorias fundamentais da física.
Representação artística de um neutrino. Crédito: betibup33 – Shutterstock
No entanto, surgiu um desafio importante. Um detector semelhante, o IceCube, localizado sob o gelo do Polo Sul, não registrou nenhum evento comparável, apesar de sua alta sensibilidade. Se essas explosões fossem relativamente frequentes, esse dispositivo também deveria detectar neutrinos desse tipo. A ausência de sinais levou os pesquisadores a buscar uma explicação adicional.
A resposta proposta envolve a chamada “carga escura”. Nesse modelo, alguns buracos negros primordiais teriam uma carga associada a uma força invisível, semelhante ao eletromagnetismo, mas que não interage com a matéria comum.
Essa força seria mediada por uma partícula hipotética conhecida como “elétron escuro”, muito mais pesada que o elétron tradicional. Isso alteraria o comportamento do buraco negro e o tipo de partículas liberadas na explosão.
Segundo os autores, esse modelo mais complexo ajuda a explicar por que apenas um detector observou o neutrino impossível. Ele também oferece uma ligação direta com o problema da matéria escura.
A matéria escura não emite nem reflete luz, o que a torna invisível aos telescópios. Mesmo assim, ela é essencial para explicar a formação de galáxias e domina a massa do Universo.
“Se essa hipótese estiver correta, pode existir uma população significativa de buracos negros primordiais”, concluiu Joaquim Iguaz Juan. Isso estaria de acordo com observações astrofísicas e poderia explicar a matéria escura que ainda falta compreender.
O post Partícula extrema que atingiu a Terra pode ter sido lançada por explosão de buraco negro apareceu primeiro em Olhar Digital.
