Como surgiram os buracos negros supermassivos, que hoje são sentinelas gigantescas no centro de muitas galáxias? Inicialmente, uma delas partiu do óbvio: os gigantes cresceram acrecentando outras matérias ou consumindo buracos negros, ou seja, fundindo-se com eles. Passo a passo, de pequeno a médio a gigante. Mas este conceito tem um par de problemas. Primeiro, ainda não fomos capazes de detectar os estágios intermediários necessários. Eles ainda deveriam existir, mas até agora só encontramos pequenos buracos negros – ou os realmente grandes. O problema número 2 é que parece ter havido muito pouco tempo para este processo de crescimento. Observações recentes sugerem que buracos negros supermassivos se formaram no início do universo, muito antes do que os físicos pensavam anteriormente. Esta descoberta deixa pouco tempo para explicar o crescimento dos buracos negros supermassivos.

A taxa na qual a matéria pode se acumular nos buracos negros através do acreção é limitada. E como os buracos negros seriam capazes de se fundir uns com os outros quando galáxias estavam apenas começando a se formar no início do universo? Partículas de matéria negra ultraleve poderiam ser a peça que faltava no quebra-cabeça, se os físicos teóricos Hooman Davoudiasl, Peter Denton e Julia Gehrlein do Laboratório Nacional Brookhaven (DOE) do Departamento de Energia dos Estados Unidos estiverem certos. Os pesquisadores vislumbram uma transição de fase cosmológica que permitiu a formação de buracos negros supermassivos em um setor escuro do universo. Uma transição de fase também ocorre quando a água é levada à ebulição. Quando a água atinge a temperatura certa, ela se decompõe em bolhas e vapor. Os físicos estão agora transferindo este processo para um estado primordial da matéria, mas revertendo-o para que ele tenha um efeito de resfriamento, e escalando-o até as dimensões do universo.

“Antes de haver galáxias, o Universo era quente e denso, isso é bem conhecido. Como o universo esfriou até o que observamos hoje é uma questão interessante, porque não temos dados experimentais descrevendo como isso aconteceu”, diz Peter Denton. “Podemos prever o que aconteceu às partículas conhecidas porque elas interagem umas com as outras com freqüência. Mas e se houver por aí partículas ainda não conhecidas que se comportam de maneira diferente”? Para responder a esta pergunta, a equipe Brookhaven desenvolveu um modelo para um setor escuro do universo onde partículas que ainda não foram descobertas são abundantes e raramente interagem umas com as outras. Estas partículas poderiam incluir matéria escura ultraleve, que se prevê que seja 28 ordens de magnitude mais clara que um próton. “A freqüência das interações entre partículas conhecidas sugere que a matéria como a conhecemos não teria colapsado muito eficientemente em buracos negros”, disse Denton. “Mas se houvesse um setor escuro com matéria escura ultraleve, o universo primitivo poderia ter tido exatamente as condições adequadas para uma forma muito eficiente de colapso. Nós teorizamos que as partículas no setor escuro poderiam passar por uma transição de fase que permitisse o colapso da matéria de forma muito eficiente em buracos negros. Quando a temperatura no universo está correta, a pressão pode cair repentinamente para um nível muito baixo, permitindo que a gravidade assuma o controle e que a matéria colapse”.

Para o observador, tal transição de fase seria um evento muito dramático, e isso é algo que os pesquisadores podem usar para testar sua idéia. “Estes colapsos são uma grande coisa”. Eles emitem ondas gravitacionais”, diz Denton. “Estas ondas têm uma forma característica, então fazemos uma previsão para esse sinal e sua faixa de freqüência esperada”. As experiências atuais de ondas gravitacionais, no entanto, infelizmente não são suficientemente sensíveis para confirmar a teoria. Mas os experimentos de próxima geração já podem ser capazes de detectar sinais destas ondas. Isto nos diria não apenas algo sobre a história do universo, mas também sobre a matéria negra ainda ameaçadora que deve ter estado envolvida na transição de fase.