Os arrays de tempo de pulsar foram usados para observar o fundo das ondas gravitacionais na nossa galáxia. Não temos certeza da origem deles, mas um novo estudo mostra que uma fonte forte pode ser gigantes supermassivos precoces conhecidos como estrelas escuras. Os pulsares são relógios cósmicos incrivelmente precisos. Tão precisos que podemos usá-los para medir as mudanças sutis na sua posição graças ao efeito Doppler. Os tempos de pulsar foram usados para provar a existência de ondas gravitacionais muito antes de podermos observá- las diretamente. Isto levou à idéia de um array de tempo pulsar (PTA). Observe muitos pulsares ao longo do tempo, então veja seus turnos estatisticamente para estudar ondas gravitacionais em uma escala cósmica. Um bom exemplo de PTA é o projeto NANOGrav, que olhou para 67 pulsares durante o curso do 15 anos. Esperavam descobrir evidências de inflação cósmica precoce, que é o modelo aceito para explicar vários mistérios cosmológicos. Em teoria, a rápida inflação do universo apenas micro- momentos após o Big Bang deveria ter preenchido o cosmos com um fundo distinto de ondas gravitacionais, assim como o próprio Big Bang criou um remanescente térmico do fundo cósmico do microondas.
O NANOGrav observou ondas gravitacionais cósmicas, mas pareciam estar dominadas por ondas criadas por buracos negros supermassivos. Parece que o fundo cósmico gravitacional pode ser muito barulhento para detectar ondas gravitacionais a partir da inflação. Um novo estudo foca nestas ondas gravitacionais e o que elas podem nos dizer sobre objetos supermassivos no universo inicial. Uma das coisas que descobrimos nos últimos anos é que buracos negros supermassivos existiam muito antes do que pensávamos. Não sabemos quão supermassivos buracos negros poderiam ter se formado tão rapidamente, mas existem várias ideias. Este estudo olha para dois deles. O primeiro é que os buracos negros supermassivos foram semeados pelo que é conhecido como Cachorros Negros de colapso direto (DCBHs). Em vez de se formar a partir do remanescente de uma grande estrela, os DCBHs se formariam diretamente a partir do colapso de nuvens maciças de hidrogênio e hélio. Isto significa que eles poderiam ter se formado ao mesmo tempo em que as primeiras estrelas começaram a aparecer. Nas regiões densas do universo inicial, elas cresceriam rapidamente para tamanho supermassivo.
O segundo é um modelo mais especulativo conhecido como Estrelas Escuras Supermassivas (SMDS). Neste modelo, a matéria escura e a matéria regular colapsam em nuvens enormes densas. Se a matéria escura pode interagir consigo mesma e produzir calor e luz, então estas nuvens densas seriam iluminadas pela decadência da matéria escura em vez de fusão nuclear. Eles poderiam ter tido uma massa de mais de um milhão de Sols e brilharia como uma estrela gigante azul antes de cair em um buraco negro supermassivo. ondas SMDS (azul) seria muito mais forte que as ondas DCBH (naranja). Crédito: Ghodla e Ilie, Revisão Física D ( 2026 ) Os autores olham para os tipos e intensidades de ondas gravitacionais que podem ser produzidas tanto pelo colapso direto de buracos pretos como pelas estrelas escuras supermassivas. Uma das coisas que eles encontraram foi que as observações de onda gravitacional que temos colocam um limite superior no número de DCBHs. Se houvesse mais de um DCBH por 10 Megaparsecos cúbicos, então o sinal de onda gravitacional seria mais forte do que observamos. Mas é estimado que os DCBHs foram bastante raros, talvez apenas um a cada milhão de megaparsecos cúbicos. Bem abaixo do limite observado. Mas as Estrelas Escuras Supermassivas são uma situação totalmente diferente.
Se existissem, então o fato de que a matéria escura é de longe a matéria dominante do universo, então os SMDS seriam bastante comuns. As ondas gravitacionais que eles produziram seriam a principal fonte do que observamos hoje. Isto não prova que as Estrelas Escuras Supermassivas existiam, apenas que elas poderiam existir. Os arrays de tempos de pulsar já estão nos ajudando a explorar o fundo cósmico das ondas gravitacionais. Se eles não puderem nos ajudar a provar a inflação cósmica precoce, então talvez eles revelem algumas das características estranhas da matéria escura. Referência: Ghodla, Sohan e Cosmin Ilie. "Reconstruir as medições de PTA através da semente precoce de buracos negros supermassivos." Revisão Física D 114.4 ( 2026 ): L 041303. Brian Koberlein é um astrofísico e autor dos livros Astrofísica através da computação e do rádio Sky: 40 Anos do Array Muito Grande. Você pode encontrar mais do trabalho dele no seu site.