Um dos mistérios mais fundamentais e curiosos do universo é o fato de que alguma coisa existe. Isso ocorre porque durante o Big Bang, quantidades iguais de matéria e partículas de antimatéria deveriam ter sido criadas – a antimatéria sendo como o “oposto” da matéria normal, o que significa que é composta de antiprótons e antielétrons. E quando as partículas de matéria e antimatéria se encontram, elas são aniquiladas mutuamente.
Isso significa que em um universo dividido em matéria e antimatériagrandes estruturas como galáxias, estrelasplanetas, luas e até mesmo nossos corpos deveriam lutar para existir. Assim, alguma peculiaridade inicial do universo deve ter eliminado a antimatéria e permitido que um cosmos dominado pela matéria prosperasse. Há algum tempo, os cientistas têm procurado intensamente evidências do que poderia ser esse tipo de evento.
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“Os buracos negros primordiais são buracos negros hipotéticos que se formaram logo após o Big Bang devido a flutuações extremas de alta densidade no universo primitivo. Eles são bons candidatos para serem as sementes de buracos negros supermassivos nos centros de galáxias massivas, bem como de buracos negros de massa intermediária nos centros de aglomerados globulares”, disse Poplawski ao Space.com. “Existem outros modelos de eliminação de antimatéria, mas todos eles assumem alguma física além do Modelo Padrão da física de partículas.
“A assimetria de massa entre matéria e antimatéria foi surpreendente, mas imediatamente me sugeriu que poderia ser uma causa simples e natural do desequilíbrio observado entre matéria e antimatéria no universo.”
A antimatéria era um obstáculo no universo anterior?
Poplawski explicou como também existem processos desconhecidos que perturbam o equilíbrio entre uma família de partículas chamadas bárions e as suas contrapartes de antimatéria, os antibárions.
“A assimetria de massa e a resultante assimetria de captura do buraco negro produziram o desequilíbrio matéria-antimatéria no universo observável sem violar a conservação do número bárion e invocar uma nova física além do Modelo Padrão”, explicou Poplawski.
O pesquisador diz que, como as partículas de antimatéria são mais massivas que as partículas de matéria, durante a produção de pares no universo primitivo, as partículas de antimatéria eram mais lentas que as partículas de matéria correspondentes.
“Como a probabilidade de captura gravitacional de uma partícula massiva por um buraco negro aumenta à medida que a sua velocidade diminui, as partículas de antimatéria foram capturadas pelos buracos negros a taxas maiores do que as partículas de matéria correspondentes”, disse Poplawski. “A antimatéria que faltava caiu nos buracos negros primordiais e o que não caiu foi aniquilado pela matéria.”
Isto poderia explicar outro problema na cosmologia que se tornou premente desde o Telescópio Espacial James Webb (JWST) começou a detectar buracos negros supermassivos cerca de 500 milhões de anos após o Big Bang. Isto é um problema porque se pensava anteriormente que o processo de fusão e alimentação que permite que buracos negros supermassivos crescessem até massas de milhões, ou mesmo milhares de milhões de vezes a do Sol, demoraria pelo menos mil milhões de anos para se concretizar. Observar buracos negros supermassivos antes de o Universo ter mil milhões de anos representa, portanto, um enigma considerável.
Poplawski acredita que, ao engolir a antimatéria, os buracos negros primordiais poderiam ter obtido uma vantagem nestes processos de crescimento.
“Os buracos negros primordiais consumiram mais antimatéria do que matéria, e como a antimatéria era muito mais pesada que a matéria, os buracos negros primordiais aumentaram enormemente as suas massas”, disse ele. “Isto poderia explicar como os buracos negros supermassivos recentemente observados no Universo primitivo cresceram tão rapidamente.”
É claro que ainda há um longo caminho a percorrer antes que esta teoria seja aceita pela comunidade científica em geral. Uma coisa que poderia ajudar na sua aceitação é a obtenção de evidências observacionais da existência de buracos negros primordiais, que desde que foram propostos pela primeira vez por Stephen Hawking na década de 1970, permaneceram frustrantemente hipotéticos.
“Os buracos negros primordiais teriam existido no universo primitivo, que atualmente é muito difícil de sondar. Espero que as ondas gravitacionais e os neutrinos possam ser usados no futuro para testar esta hipótese”, disse Poplawski. “Além disso, poderia haver experiências futuras testando se as partículas de matéria e antimatéria podem ter massas ligeiramente diferentes em densidades mais altas ou distâncias menores em comparação com aquelas atualmente investigadas. “Na verdade, algumas experiências recentes mostraram que os mésons e os antimésons decaem de forma diferente. Esta diferença pode estar relacionada com a assimetria de massa matéria-antimatéria.”
A pesquisa de Poplawski está disponível no repositório de artigos pré-impressos arXiv.
