A hipótese que volta a ganhar força entre cientistas: matéria escura seria composta por buracos negros primordiais

Já discutimos anteriormente medições que indicam que o universo produziu buracos negros antes da formação das primeiras estrelas. Eles são conhecidos como buracos negros primordiais e acredita-se que tenham surgido nas primeiras frações de segundo após o Big Bang.

Nessa fase, o cosmos consistia em um plasma extremamente quente e denso que se expandia rapidamente. Embora sua distribuição geral fosse uniforme, havia pequenas flutuações de densidade — uma espécie de "aglomerados" contendo um pouco mais de matéria e energia do que as regiões ao redor.

A maioria dessas irregularidades dissipou-se à medida que o universo se expandia, mas algumas perturbações conseguiram sobreviver e superar a pressão de radiação. Posteriormente, a gravidade as comprimiu, formando um horizonte de eventos sem a necessidade de uma estrela.

Essa possibilidade dá origem a uma ampla gama, que vai desde minúsculos buracos negros — com massas comparáveis às de montanhas ou asteroides — até corpos equivalentes a estrelas. Seu horizonte de eventos poderia ser microscópico, embora sua gravidade correspondesse a toda a massa concentrada naquele espaço.

Uma origem anterior às estrelas

Os modelos mais amplamente estudados associam a origem desses objetos a flutuações geradas durante a inflação — o breve período de expansão acelerada que precedeu o universo atual. Se certas perturbações fossem significativamente maiores nas escalas da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, elas poderiam ter colapsado ao reentrar no horizonte.

Outras propostas associam a sua formação a transições de fase, defeitos topológicos ou variações na pressão do plasma primordial. Todos esses mecanismos exigem condições precisas, pois um excesso de buracos negros — ou uma distribuição de massa inadequada — entraria em conflito com as observações atuais.

Ao contrário dos buracos negros de massa estelar, eles poderiam ter se formado antes da nucleossíntese, numa época em que núcleos atômicos estáveis ainda não existiam. Consequentemente, sua contribuição para o equilíbrio cosmológico não estaria sujeita às mesmas limitações da matéria comum, composta por prótons e nêutrons.

É precisamente essa característica que os torna fortes candidatos a constituir a matéria escura. Eles não emitiriam luz, permaneceriam estáveis (desde que possuíssem massa suficiente) e se moveriam principalmente sob a influência da gravidade, reproduzindo assim diversas propriedades atribuídas ao componente "invisível" que cerca as galáxias em grande escala.

A janela que ainda permanece aberta

No entanto, as observações atuais descartam a possibilidade de que qualquer população de buracos negros possa explicar a matéria escura. Por exemplo, objetos leves demais perderiam massa por meio da radiação Hawking, gerando partículas e raios gama; o fato é que a quantidade necessária ainda não foi detectada.

Objetos mais pesados também deixariam assinaturas detectáveis ao criar lentes gravitacionais que alterariam aglomerados estelares, atrairiam gás e modificariam a radiação cósmica de fundo em micro-ondas; contudo, até o momento, não encontramos nenhum desses efeitos.

Embora os tipos que conhecemos se limitem às escalas planetária, estelar e supermassiva, também existem objetos com massas da ordem de asteroides — variando de 10¹⁷ a 10²² gramas. Nessa faixa, eles poderiam constituir toda a matéria escura sem entrar em conflito com as restrições cosmológicas.

Tudo depende de como suas massas estão distribuídas. Enquanto os cálculos pressupõem que todos os objetos possuem a mesma massa, os mecanismos reais produziriam populações com uma variedade de massas; consequentemente, a existência de massas variadas atenuaria significativamente certas restrições observacionais.

Em busca dos vestígios

Uma das principais estratégias de busca é a microlente gravitacional, que ocorre quando um objeto compacto passa diante de uma estrela, desviando e amplificando temporariamente a luz estelar. Nesse cenário, pequenos buracos negros produziriam breves lampejos.

Para investigar massas tão pequenas, propôs-se a observação de pulsares de raios-X, uma vez que suas regiões emissoras são reduzidas e seus fótons sofrem menos difração. A passagem de um buraco negro pela linha de visada poderia gerar um aumento momentâneo de brilho; essa abordagem exigiria câmeras de alta velocidade e observação contínua.

Os atuais detectores de ondas gravitacionais procuram outra assinatura nas fusões de objetos com massa inferior à do Sol. Embora estes sistemas sejam difíceis de produzir através da evolução estelar convencional e até agora nenhuma população significativa foi identificada.

Os raios gama provenientes da evaporação, perturbações nas órbitas planetárias, alterações estelares e ondas gravitacionais geradas durante a sua formação continuam a ser examinados. Mas... nenhum método confirmou a sua existência. Talvez, juntos possam confirmar a hipótese ou descobrir, naquela escuridão, uma luz no fim do túnel.