Os cientistas podem ter resolvido um mistério cósmico que os intriga desde que o Telescópio Espacial James Webb (JWST) começou a observar em 2022.
À medida que os astrônomos começam a usar observatórios de última geração para observar os primórdios do universo, eles descobrem buraco negro supermassivo Parecem ter-se formado há mil milhões de anos, algo que os nossos actuais modelos cósmicos não conseguem explicar, mas um novo estudo conclui que o “frenesi alimentar” de um buraco negro pode explicar como é que estes monstros cósmicos nasceram no início da história do Universo.
“Descobrimos que as condições caóticas que existiam no universo primitivo desencadearam buracos negros iniciais e menores que se transformaram em buracos negros supermassivos que mais tarde veremos, após um frenesi de devoração de material circundante”, disse o líder do estudo, Daksal Mehta, da Universidade de Maynooth, em um comunicado. “Utilizámos simulações computacionais de última geração para descobrir que a primeira geração de buracos negros – aqueles que nasceram centenas de milhões de anos após o nascimento do buraco negro – foi Big Bang A taxa de crescimento é incrivelmente rápida, atingindo dezenas de milhares de vezes o tamanho do sol. “
Ao realizar simulações computacionais complexas, a equipe de pesquisadores descobriu que as condições turbulentas e ricas em gás denso nas primeiras galáxias podem ter empurrado os buracos negros para uma breve fase de gula gigante, ultrapassando uma barreira conhecida como “limite de Eddington”. Este limite determina a quantidade de material que pode cair sobre um objeto como uma estrela ou um buraco negro antes que a radiação da acreção empurre mais material para longe, eliminando o gás e a poeira do objeto central e, assim, cortando seu suprimento de alimentos.
Os períodos de superesgotamento que violam esse limite são chamados de “acreção super-Eddington” e são o elo perdido entre os buracos negros que se formam quando estrelas massivas morrem. explosão de supernova e enormes buracos negros supermassivos.
Não é difícil explicar que buracos negros supermassivos com milhões ou mesmo milhares de milhões de vezes a massa do nosso Sol estão no centro de todas as grandes galáxias do universo moderno com 13,8 mil milhões de anos, uma vez que tiveram muito tempo para crescer.
O problema é que buracos negros supermassivos foram descobertos 500 milhões de anos após o Big Bang, uma população que o JWST descobriu rotineiramente nos últimos três anos e meio. Isto porque se pensa que o processo de fusão e deglutição de buracos negros para atingir um estado supermassivo leva pelo menos mil milhões de anos.
“É como ver uma família andando pela rua e eles têm dois adolescentes de um metro e oitenta de altura, mas também têm uma criança de um metro e oitenta de altura”, disse anteriormente ao Space.com o membro da equipe John Regan, cientista da Universidade de Maynooth. “Há algo errado com isso. Como esse garoto ficou tão alto? O mesmo vale para os buracos negros supermassivos do universo. Como eles ficaram tão grandes tão rapidamente?”
As simulações da equipe sugerem que um frenesi de alimentação Super-Eddington poderia ter permitido que os buracos negros de primeira geração devorassem o gás denso do universo primitivo, tornando-os dezenas de milhares de vezes mais massivos que o Sol. Embora isso não nos torne um buraco negro supermassivo, fornece uma vantagem significativa no processo de fusão, que veria buracos negros de tamanho crescente colidirem e se fundirem para criar um buraco negro maior.
“Anteriormente, pensava-se que estes minúsculos buracos negros eram demasiado pequenos para se transformarem nos buracos negros massivos observados nos centros das primeiras galáxias,” disse Mehta. “O que mostramos aqui é que estes primeiros buracos negros, embora pequenos, foram capazes de crescer a taxas surpreendentes nas condições certas.”
A investigação da equipa poderá ajudar os cientistas a determinar se os primeiros buracos negros supermassivos eram originalmente “sementes leves” (dez a centenas de vezes a massa do Sol) ou “sementes pesadas” (cem mil vezes a massa do Sol). Anteriormente, pensava-se que apenas as sementes pesadas tinham massa suficiente para alimentar o rápido crescimento de buracos negros supermassivos.
“No momento não temos tanta certeza”, disse Regan. “As sementes pesadas são um pouco mais exóticas e podem exigir condições raras para se formarem. As nossas simulações mostram que buracos negros ‘comuns’ de massa estelar poderiam crescer a taxas extremamente elevadas no Universo primitivo.”
A investigação da equipa não só sugere uma nova forma de crescimento dos buracos negros supermassivos, mas também demonstra a importância das simulações de alta resolução no nosso estudo do Universo primitivo.
“O universo primitivo era mais caótico e turbulento do que esperávamos, e havia muito mais buracos negros massivos do que esperávamos”, disse Regan.
Quanto à recolha de provas para esta teoria, esse provavelmente não é o trabalho do JWST ou de qualquer outro instrumento astronómico tradicional, mas sim o trabalho de instrumentos concebidos para detectar pequenas ondulações no espaço chamadas ondas gravitacionais que são irradiadas por fusões como esta. De particular importância é o primeiro detector de ondas gravitacionais baseado no espaço, a Antena Espacial de Interferômetro Laser (Lisa), articulação Agência Espacial Europeia/ A missão da NASA está programada para ser lançada em 2035.
“As futuras observações de ondas gravitacionais da missão poderão ser capazes de detectar a fusão destes minúsculos buracos negros bebés, em fase inicial e de rápido crescimento,” concluiu Regan.
As descobertas da equipe foram publicadas na revista na quarta-feira (21 de janeiro) Astronomia Natural.
