O Sol abriga um buraco negro em seu centro?
Em 1971, Stephen Hawking sugeriu que um mini buraco negro do universo primitivo poderia estar à espreita no centro do sol. Sua proposta foi estendida em 1975 por Don Clayton e colaboradores que sugeriram que o poder gerado pela queda de matéria em tal buraco negro poderia explicar o déficit observado em neutrinos de elétrons do Sol.
Esse déficit era conhecido naquela época como o problema do neutrino solar, formulado por cálculos do meu antigo mentor, John Bahcall. Ter uma segunda fonte de energia além da fusão nuclear teria naturalmente reduzido a produção de neutrinos solares por meio de reações nucleares e contabilizado o déficit de neutrinos. Até agora, melhores dados quantitativos do Observatório de Neutrinos de Sudbury no Canadá, pelo qual o Prêmio Nobel de Física foi concedido a Art McDonald em 2015, implicam uma solução diferente para o problema do neutrino solar, em termos da transformação dos sabores de neutrinos dentro do Sol.
O Sol ainda poderia hospedar em sua barriga um buraco negro primordial que não contribui muito para sua luminosidade? Afinal, sabemos que 85% da matéria no Universo é invisível. Buracos negros primordiais com uma massa semelhante à dos asteroides na faixa de tamanho de 1–100 quilômetros, poderiam ser responsáveis pela matéria escura. Se essa é a natureza da matéria escura, é possível que algumas estrelas tenham capturado buracos negros primordiais em sua barriga? Se sim, qual seria seu destino?
É mais fácil abordar a segunda questão. Um buraco negro capturado por uma estrela poderia mudar sua evolução e estrutura interna. Os interiores das estrelas podem ser diagnosticados por meio de suas oscilações, assim como o uso de sinais sísmicos para sondar a estrutura interna da Terra. A evolução incomum e a estrutura interna de hospedeiros estelares de mini buracos negros poderiam ser pesquisadas no futuro.
Dada a alta velocidade da matéria escura na Via Láctea, a probabilidade de que o Sol tenha capturado um buraco negro primordial é de uma em dez milhões. No entanto, dadas as centenas de bilhões de estrelas da Via Láctea, ainda pode haver dezenas de milhares de estrelas da Via Láctea que capturaram um mini buraco negro. Por causa da menor velocidade característica da matéria escura em galáxias anãs, a maioria das estrelas embutidas em galáxias anãs ultrafracas, como Tucana III e Triangulum II, podem ter capturado um mini buraco negro.
Após consumir seu combustível nuclear, o núcleo de estrelas semelhantes ao Sol se contrai para formar uma anã branca, uma esfera metálica aproximadamente do tamanho da Terra. Como o raio da Terra é cem vezes menor que o raio do Sol, a densidade média de massa das anãs brancas é cerca de um milhão de vezes maior que a do Sol. A taxa de acreção de matéria em uma mini-negra incorporada aumentaria, portanto, um milhão de vezes, potencialmente acendendo a anã branca e desencadeando uma explosão de supernova. Transientes explosivos raros de um novo tipo poderiam ser pesquisados no pipeline de dados do Observatório Rubin, que iniciará as operações no ano que vem.
O efeito de um mini buraco negro seria ainda mais dramático se ele estivesse preso no núcleo de uma estrela massiva com mais de 8 vezes a massa do Sol. Tal núcleo colapsa para formar uma estrela de nêutrons após consumir seu combustível nuclear. A densidade da estrela de nêutrons se assemelha à de um núcleo atômico, cem trilhões de vezes maior que a densidade média do Sol. Nesse caso, a rápida acreção de matéria poderia transformar a estrela de nêutrons em um buraco negro, como apontei em um artigo de 2014 com meu antigo pós-doutorado, Paolo Pani, que atualmente é professor na Itália.
Sob essas circunstâncias, o lar negro primordial pode ser considerado uma semente que cresce para consumir sua estrela hospedeira e transformá-la em um buraco negro de massa estelar. Esse canal pode levar a buracos negros com a massa de uma estrela de nêutrons, um resultado que não é esperado sob a evolução astrofísica normal.
Atualmente, o observatório LIGO-Virgo-KAGRA identifica objetos compactos como estrelas de nêutrons ou buracos negros por sua massa, identificada por meio de seu sinal de onda gravitacional. A existência de um canal de estrela de nêutrons para um buraco negro causaria confusão neste esquema de identificação e resultaria em eventos onde objetos compactos de massa de estrela de nêutrons são detectados em ondas gravitacionais, mas não liberam radiação eletromagnética, devido à ausência de matéria.
Como apontei em um artigo recente, recém aceito para publicação no The Astrophysical Journal Letters, o crescimento de mini buracos negros com massa de asteroide é suprimido pela mecânica quântica. Isso ocorre porque o tamanho do horizonte de eventos deles é menor do que o tamanho dos átomos.
Se buracos negros primordiais compõem matéria escura, então o buraco negro mais próximo estaria dentro do sistema solar. Ter um buraco negro perto de casa abre uma oportunidade para estudar a gravidade quântica experimentalmente. Um buraco negro com um horizonte de eventos do tamanho de um próton irradiaria espontaneamente, de acordo com o artigo de Hawking de 1974, uma potência de 1 gigawatt, principalmente em fótons de raios gama com uma energia de cem vezes a massa de repouso do elétron.
Se algum dia testemunharmos um buraco negro com massa de asteroide no sistema solar, ele pode ser usado como um banco de testes para experimentos quântico-gravitacionais em uma escala subatômica. Entendê-lo nos guiaria no desenvolvimento de uma teoria preditiva que unificasse a mecânica quântica e a gravidade. Ter tal teoria nos informaria sobre o que poderia ter levado ao Big-Bang. E saber disso nos deixaria mais perto de apreciar nossas raízes cósmicas.