Os buracos negros podem ser invisíveis, mas o seu impacto moldou as galáxias, a tecnologia moderna e a compreensão da humanidade sobre os seus próprios limites.
Essa é a mensagem que Priyamvada Natarajan, astrofísico teórico da Universidade de Yale, partilhou na semana passada numa conferência no Fórum Económico Mundial em Davos, na Suíça. Natarajan, cuja pesquisa se concentra em cosmologia, lentes gravitacionais e física de buracos negros, traça como décadas de trabalho teórico buraco negro A compreensão dos cientistas mudou universo E suporta silenciosamente a tecnologia diária.
Essas equações vêm de Albert Einsteinteoria relatividade geralque descreve como a massa e a energia dobram o espaço e o tempo. Embora os buracos negros representem a manifestação mais extrema da teoria, a mesma matemática é crucial para calcular as diferenças sutis, mas mensuráveis, no tempo experimentadas pelos satélites em órbita. Terra.
Os relógios dos satélites GPS funcionam um pouco mais rápido do que os relógios terrestres porque estão mais distantes da gravidade da Terra. Não conserte isso efeito relativísticoos erros de navegação se acumularão rapidamente, fazendo com que o GPS não seja confiável.
Contudo, durante grande parte do século XX, os buracos negros foram largamente considerados como curiosidades matemáticas – soluções para as equações de Einstein para as quais não havia nenhuma evidência observacional clara. Isto começou a mudar na década de 1960, quando os astrónomos Cygnus X-1 identificadouma poderosa fonte de raios X, tornou-se o primeiro candidato a buraco negro amplamente aceito.
Os astrónomos sabem agora que a maioria das grandes galáxias, incluindo Via Lácteacentral de acolhimento buraco negro supermassivo A sua massa está intimamente relacionada com as propriedades da sua galáxia hospedeira.
No entanto, esta imagem alterada introduz um novo enigma. Observações telescópicas revelam a formação de buracos negros supermassivos no início da história cósmicao universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos naquela época. Seu tamanho e rápido crescimento Desafiando modelos tradicionaisque previu que esses gigantes cresceriam gradualmente a partir dos restos de estrelas semelhantes ao Sol em colapso, que devorariam lentamente o material circundante. Como resultado, a história da origem dos primeiros buracos negros supermassivos continua a ser uma das questões mais persistentes da astrofísica.
Natarajan e seus colegas propuseram uma forma de formar os primeiros buracos negros do universo sem a necessidade de estrelas. A equipa acredita que sob certas condições primordiais, a nuvem de gás primordial – que normalmente se desintegraria e formaria estrelas – entrou em colapso total num buraco negro massivo. Esses objetos são chamados Colapsar diretamente o buraco negroconterá dezenas a centenas de milhares de vezes a massa sol dentro de centenas de milhões de anos depois disso Big Bang. Começar com uma “semente” tão grande ajuda a resolver o problema de tempo colocado pela presença de um buraco negro com mil milhões de massas solares, menos de mil milhões de anos após a formação do Universo.
Tal sistema seria uma “galáxia de buraco negro supermassivo cuja luz não é dominada pela luz”, disse Natarajan. Estrela Em vez disso, é causado por um buraco negro que cresce no seu centro. “
A sua equipa previu há mais de uma década que estes primeiros buracos negros deixariam para trás assinaturas observacionais únicas que seriam detectáveis por futuros observatórios, incluindo Telescópio Espacial James Webb (JWST) e Observatório de raios X Chandra. Nos últimos anos, essas previsões começaram a ser confirmadas.
Um exemplo notável é o UHZ1, que revelou que buracos negros supermassivos em acreção são Já está no lugar Passaram-se apenas 470 milhões de anos após o Big Bang e a sua massa era cerca de 10 milhões de vezes a do Sol.
Existe outro chamado galáxia infinitaas observações do JWST revelaram dois núcleos galácticos densos rodeados por estruturas em anel que podem ter sido formadas por uma colisão frontal entre duas galáxias de disco. Embutido entre eles está um buraco negro supermassivo que não está no centro de nenhuma das galáxias, mas está suspenso num vasto reservatório de gás, sugerindo que foi formado pelo colapso direto de gás denso e turbulento desencadeado pela colisão.
“É emocionante ter o privilégio, numa carreira, de fazer previsões que sejam testáveis, testadas e verificadas”, disse Natarajan.
Além do seu impacto científico, os buracos negros também têm implicações filosóficas, acrescentou.
“Estudar cosmologia em geral e buracos negros em particular pode realmente inspirar um senso de humildade cósmica”, disse Natarajan.
“Olhar para o universo”, acrescentou ela, “nos permite olhar para trás de maneira única e juntar as peças da bela história cósmica da qual fazemos parte”.
