Aquele zumbido cósmico fraco que você tem ouvido? Pode não ser a geladeira do universo. Uma nova pesquisa sugere que o fundo de ondas gravitacionais detectado por arranjos de temporização de pulsares pode ser o eco fantasmagórico de buracos negros supermassivos que se formaram há mais de 13 bilhões de anos - possivelmente do colapso de hipotéticas 'Estrelas Escuras' alimentadas por matéria escura.

Em um estudo publicado como Carta na Physical Review D, os pesquisadores da Universidade Colgate, Sohan Ghodla e Cosmin Ilie, investigaram se buracos negros supermassivos nascidos no Universo primitivo poderiam deixar uma marca duradoura nas ondas gravitacionais que detectamos hoje. A conexão? Os buracos negros surpreendentemente massivos vistos no Universo jovem e as ondas gravitacionais geradas bilhões de anos depois, quando pares desses gigantes espiralam juntos.

A equipe descobriu que uma classe possível de sementes de buracos negros primordiais - remanescentes de Estrelas Escuras supermassivas - poderia potencialmente dominar o sinal do Pulsar Timing Array (PTA). Como Ilie colocou: 'Arranjos de temporização de pulsares são geralmente considerados sondas de binárias de buracos negros supermassivos no Universo relativamente recente. O que nosso trabalho mostra é que o sinal também pode conter informações sobre como os ancestrais desses buracos negros se formaram no amanhecer cósmico.'

Para aqueles que não são fluentes em linguajar de pulsar: Pulsar Timing Arrays usam estrelas de nêutrons girando rapidamente como relógios cósmicos. Quando ondas gravitacionais passam, elas alteram sutilmente o tempo dos pulsos de rádio que chegam à Terra. Ao rastrear muitos pulsares, as equipes encontraram evidências de um fundo estocástico de ondas gravitacionais em frequências de nanohertz - provavelmente de binárias de buracos negros supermassivos, especialmente aqueles com massas combinadas acima de um bilhão de sóis.

Mas como esses buracos negros ficaram tão grandes tão rápido? É aí que entram as Estrelas Escuras. Essas estrelas primordiais hipotéticas seriam alimentadas por aquecimento de matéria escura em vez de fusão nuclear, permitindo que crescessem até um milhão de massas solares ou mais antes de colapsar em buracos negros. Ghodla e Ilie modelaram como tais sementes evoluiriam, se fundiriam e produziriam ondas gravitacionais.

A conclusão deles? Se remanescentes de Estrelas Escuras existem em uma densidade numérica de aproximadamente 10^-3 Mpc^-3, seus descendentes poderiam contribuir com uma parcela grande, possivelmente dominante, do sinal de PTA. Em contraste, buracos negros de colapso direto, com densidades próximas a 10^-6 Mpc^-3, contribuiriam muito menos.

O estudo também destaca uma reviravolta interessante: observações de PTA podem limitar o quão comuns essas sementes primordiais eram. 'Produza muitas dessas sementes massivas e você acaba superproduzindo o sinal detectado pelo PTA. Produza poucas, e você precisa de outras fontes para montar eficientemente esses buracos negros supermassivos mais tarde', disse Ghodla. Densidades de sementes em torno de 10^-2 a 10^-1 Mpc^-3 excederiam os limites observados, dependendo das massas dos halos.

Isso dá aos PTAs uma habilidade inesperada de sondar populações em redshifts maiores que 10 - objetos antigos cujos descendentes criam as ondas que vemos hoje. Os cálculos também confirmam que binárias com massas totais de buracos negros acima de aproximadamente 10^9 massas solares dominam o sinal.

Então, da próxima vez que você ouvir aquele zumbido cósmico, lembre-se: pode ser a impressão de ondas gravitacionais dos primeiros buracos negros supermassivos do universo, nascidos de estrelas alimentadas por matéria escura. Quem sabia que o universo tinha origens tão dramáticas?