⚛️ Estrelas canibais, estrelas de bósons... astrofísicos descrevem um universo tão diferente

Pesquisadores da SISSA - em colaboração com o INFN, IFPU e a Universidade de Varsóvia, publicaram na Physical Review D um estudo que revoluciona nossa compreensão dos primeiros momentos cósmicos. Seu trabalho explora a hipótese de um período muito breve em que a matéria teria dominado o Universo nascente, criando condições propícias para a formação de objetos cósmicos compactos. Essa fase, embora de curta duração, teria sido suficiente para iniciar processos físicos que marcaram a evolução posterior do cosmos.

Durante esse período de dominação da matéria, as partículas elementares teriam se agrupado em halos que, sob o efeito de suas próprias interações, teriam sofrido um colapso gravitacional. Esse processo teria levado à criação de diversos objetos cósmicos, desde buracos negros primordiais até estrelas de bósons, passando por estruturas ainda mais exóticas. Essas formações teriam existido por apenas alguns segundos antes de se transformar ou desaparecer completamente.


Entre esses objetos estranhos, as estrelas canibais se destacam por seu mecanismo energético único. Ao contrário das estrelas clássicas que obtêm sua energia da fusão nuclear, essas entidades hipotéticas seriam alimentadas pela aniquilação das partículas que as compõem. As estrelas de bósons, por sua vez, manteriam sua coesão graças às propriedades quânticas de seus constituintes, representando uma forma de matéria estelar totalmente diferente do que conhecemos.

Os buracos negros primordiais resultantes desses colapsos apresentam massas particularmente baixas, algumas equivalentes à de um asteroide. De acordo com os modelos teóricos desenvolvidos pela equipe, alguns desses micro-buracos negros podem ter desaparecido rapidamente por evaporação, enquanto outros poderiam constituir uma parte significativa da matéria escura que os cosmologistas ainda buscam. Essa diversidade de cenários abre novas perspectivas para entender a composição do nosso Universo.

As implicações desses trabalhos vão além dos primeiros instantes cósmicos. Os pesquisadores destacam que processos similares poderiam ocorrer hoje nos halos de matéria escura autointeragente. O estudo desses fenômenos em modelos de partículas simples poderia lançar nova luz sobre os mecanismos de formação estelar e acreção que moldam a evolução das galáxias e aglomerados cósmicos.

Os halos de matéria primordial

Os halos de matéria primordial se apresentam como concentrações de partículas elementares que se formaram no Universo extremamente jovem. Essas estruturas microscópicas teriam emergido naturalmente durante o breve período em que a matéria dominava o cosmos nascente, muito antes das primeiras galáxias aparecerem. Sua existência hipotética se baseia em modelos cosmológicos que descrevem as interações entre as partículas fundamentais em condições de densidade e temperatura extremas.

A formação desses halos resultaria de flutuações quânticas amplificadas pela expansão rápida do Universo. As partículas, ao interagirem entre si, teriam criado regiões ligeiramente mais densas que seu ambiente. Sob o efeito da gravidade, essas sobredensidades teriam se acentuado progressivamente, levando à criação de estruturas coerentes. Esse processo lembra aquele que forma as galáxias hoje, mas em escalas muito menores e em condições físicas radicalmente diferentes.

A estabilidade desses halos dependia estreitamente da natureza das interações entre partículas. Alguns modelos propõem que forças adicionais, além da gravidade e das interações padrão, poderiam ter desempenhado um papel determinante em sua evolução. A duração de vida dessas estruturas variava consideravelmente de acordo com suas propriedades, algumas durando apenas algumas frações de segundo enquanto outras poderiam persistir tempo suficiente para influenciar os estágios posteriores da evolução cósmica.

O estudo desses halos primordiais oferece uma janela única para a física de altas energias. Suas propriedades poderiam revelar aspectos da teoria de partículas que escapam aos aceleradores terrestres. Além disso, sua evolução pode ter deixado assinaturas observáveis no fundo cósmico de micro-ondas ou na distribuição da matéria escura, fornecendo assim pistas valiosas para testar os modelos cosmológicos.

O colapso gravotérmico

O colapso gravotérmico descreve um processo pelo qual um sistema de partículas em interação perde energia e se contrai sob o efeito de sua própria gravidade. No Universo primitivo, esse mecanismo teria transformado os halos de matéria em objetos cósmicos compactos. Ao contrário dos colapsos gravitacionais clássicos, esse fenômeno integra os efeitos térmicos e as interações entre partículas, criando uma dinâmica bem diferente.

O processo começa quando as partículas dentro de um halo trocam energia por colisões e interações. Essas trocas levam a uma redistribuição de energia, com algumas partículas ganhando velocidade suficiente para escapar do sistema. A perda de energia resultante reduz a pressão interna que sustenta o halo contra o colapso gravitacional. Progressivamente, o sistema se contrai, aumentando sua densidade e temperatura.

À medida que a contração se intensifica, as interações entre partículas se tornam mais frequentes e energéticas. Em alguns casos, essas interações podem desencadear reações em cadeia que aceleram o colapso. A natureza exata do objeto final depende das propriedades das partículas envolvidas e das condições iniciais do halo. Alguns halos poderiam formar buracos negros, enquanto outros poderiam se estabilizar em estrelas exóticas.

Esse mecanismo apresenta semelhanças com a formação das estrelas atuais, mas com diferenças fundamentais relacionadas à ausência de elementos pesados e às energias muito mais elevadas. A compreensão do colapso gravotérmico no Universo primitivo poderia explicar fenômenos contemporâneos, como a dinâmica dos aglomerados globulares ou a evolução das galáxias anãs, onde processos similares poderiam ocorrer em escalas diferentes.