Cientistas podem detectar novas partículas ao redor de buracos negros

Para descobrir as novas partículas ultraleves, os pesquisadores compararam um processo que ocorre com átomos comuns, com aqueles formados pelos buracos negros

Correio Braziliense

postado em 07/06/2022 16:06 / atualizado em 07/06/2022 16:09

(crédito: UvA Institute of Physics)

Buracos negros engolem quase todas as formas de matéria e energia que os cercam. No entanto, eles também podem perder parte da massa por meio de um processo chamado superradiância. Para ocorrer esse processo, são necessárias partículas novas com massa muito baixa. Quando a massa é extraída de um buraco negro via superradiância, ela forma uma grande nuvem ao redor do buraco negro, criando o chamado átomo gravitacional.  

Um estudo publicado na Physical Review Letters sugere que a analogia entre átomos comuns e gravitacionais é mais profunda do que apenas o semelhança na estrutura. Eles afirmam que a semelhança pode de fato ser explorada para descobrir novas partículas. 

Para chegar à conclusão, físicos da Universidade de Amsterdã e da Universidade de Harvard perceberam que as ondas gravitacionais emitidas por buracos negros têm rastros de nuvens dessas partículas ultraleves. 

No novo trabalho, os pesquisadores estudaram o equivalente gravitacional do chamado "efeito fotoelétrico". Nesse processo, os elétrons comuns absorvem a energia das partículas de luz incidentes e, assim, são ejetados de um material – os átomos "ionizam".

Já no átomo gravitacional, quando ele faz parte de um sistema binário de dois objetos pesados, ele pode ser perturbado pela presença do companheiro massivo, que pode ser um segundo buraco negro ou uma estrela de nêutrons. Assim como os elétrons no efeito fotoelétrico absorvem a energia da luz incidente, a nuvem de partículas ultraleves pode absorver a energia orbital da companheira, de modo que parte da nuvem seja ejetada do átomo gravitacional. 

Dessa forma, se existissem novas partículas ultraleves, os buracos negros seriam cercados por uma nuvem dessas partículas que se comportaria de forma semelhante à nuvem de elétrons em um átomo. Quando outro objeto pesado entra em espiral e, eventualmente, se funde com o buraco negro, o átomo gravitacional fica ionizado e emite partículas, assim como os elétrons são emitidos quando a luz incide sobre um metal.

A equipe demonstrou que esse processo pode alterar drasticamente a evolução de tais sistemas binários, reduzindo significativamente o tempo necessário para que os componentes se fundam. Entender esse processo pode ajudar cientistas no desenvolvimento de observatórios de ondas gravitacionais, como o Ligo, que fica em Hanford, no estado norte-americano de Washington.