O Pequeno Ponto Vermelho, um objeto misterioso descoberto pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST), pode ser um terreno fértil para buracos negros massivos que não são formados pelo colapso de estrelas, mas emergem diretamente de nuvens gigantes de gás.
Se for esse o caso, então não só resolveria o mistério da natureza do pontinho vermelho, mas também resolveria outro mistério revelado pelo pontinho vermelho. João Oeste Desde o início das operações em 2022, um grande número de buraco negro supermassivo Já 500 milhões de anos após o Big Bang.
Este problema poderia ser resolvido se as fusões de buracos negros supermassivos começassem com uma “semente pesada”, um colapso direto do buraco negro, criado quando uma região extremamente densa dentro da nuvem de gás original entrou em colapso. Isto contrasta com as “sementes leves”, que se formam quando uma estrela termina a sua vida e explode como uma supernova, deixando para trás a massa da estrela. buraco negro
As sementes pesadas não apenas removeriam o limite de massa dos buracos negros que iniciam o processo de fusão, mas também permitiriam que ele começasse antes que a primeira geração de estrelas massivas viva e morra.
“É provável que exista um buraco negro supermassivo no centro de todas as galáxias, e a sua origem representa um dos mistérios fronteiriços da astrofísica moderna. Uma rota teórica para a formação dos buracos negros mais pesados é o colapso direto”, disse Elia Sensi, líder da equipe de pesquisa da Universidade de Genebra, ao Space.com. “Neste caso, o buraco negro formou-se após o colapso de uma estrela supermassiva de vida curta, que por sua vez se formou a partir do colapso do gás primordial no centro da estrela. matéria escura Um halo que atende a muitos critérios rigorosos. Esses padrões envolvem principalmente evitar a formação de moléculas de hidrogênio, que resfriam efetivamente os gases em altas temperaturas. desvio para vermelhopropício à formação de estrelas menores. “
Sensi explicou que o pequeno ponto vermelho é uma estranha fonte de luz que apareceu principalmente quando o universo tinha menos de um bilhão de anos. Eles foram descobertos por uma pesquisa de profundidade fora do canal conduzida pelo JWST e receberam esse nome devido à sua cor vermelha e compactação incomum.
Existem muitas outras razões pelas quais os pequenos pontos vermelhos são incomuns, desde o padrão e espectro da luz que emitem até às suas propriedades físicas e ao facto de terem desaparecido tão cedo nos 13,8 mil milhões de anos de história do Universo.
“Uma explicação popular para estes objetos é que estamos a observar um grande número de buracos negros ténues e massivos no Universo primitivo, rodeados por gás muito denso e Estrela Não conseguimos detectar isso com instrumentos anteriores”, disse Sensi.
Cenci e colegas conectaram pequenos pontos vermelhos a buracos negros em colapso direto enquanto realizavam simulações de alta resolução da evolução cósmica no universo primitivo.
“Nossos resultados mostram que os buracos negros de colapso direto recém-formados correspondem naturalmente à abundância geral e às principais características físicas inferidas do misterioso pequeno ponto vermelho descoberto pelo JWST”, disse Sensi. “É emocionante, se estudos futuros confirmarem a nossa ligação proposta com buracos negros em colapso direto, o pequeno ponto vermelho pode representar a primeira evidência observacional direta do nascimento dos buracos negros mais massivos do Universo. universo.
“Pela primeira vez teremos um laboratório real para compreender as condições sob as quais os buracos negros gigantes se formam.”
Buracos negros supermassivos podem ter uma vantagem inicial no Little Red Dot
Sensi explica que a vantagem de buracos negros em colapso direto é que eles podem atuar como as chamadas sementes pesadas para a formação de buracos negros. Isso significa que eles já podem ser massa do sol Quando se formam, ao contrário dos buracos negros formados quando as estrelas morrem, a sua massa é limitada pela massa da estrela progenitora.
Isto proporciona uma oportunidade importante para o crescimento de buracos negros supermassivos.
“Comparados com sementes de buracos negros mais leves, eles podem crescer mais facilmente e se tornarem buracos negros gigantes que observamos no curto espaço de tempo desde o Big Bang, pelo menos de uma perspectiva astronômica”, disse Sensi.
Pesquisadores da Universidade de Genebra também explicam por que buracos negros em colapso direto e suas câmaras-berçário não foram encontrados no universo moderno local, dizendo que as condições necessárias incluem a falta de elementos mais pesados que o hidrogênio e o hélio. Quando estas estrelas chegam ao fim das suas vidas e explodem como supernovas, os elementos que formaram as estrelas e semearam a galáxia são libertados.
“Para formar um buraco negro de colapso direto, o gás não deve formar estrelas no processo de colapso de forma monolítica. Portanto, o seu ambiente de ‘amamentação’ deve ser puro e não formar moléculas mais pesadas e não ser contaminado por elementos pesados produzidos pela evolução estelar”, disse Cenchi. “Na verdade, estas condições só são possíveis no universo primitivo.”
Um dos aspectos mais curiosos dos Pequenos Pontos Vermelhos é que parecem ter desaparecido do Universo cerca de 1,5 mil milhões de anos após o Big Bang – ou, como descreveram astrônomos como Sensi, por volta de um desvio para o vermelho de z~6. Ela sugeriu que este desaparecimento poderia ser explicado se o pequeno ponto vermelho estivesse directamente no centro da formação do buraco negro em colapso.
“Depois de z~6, a interação não linear de processos como evolução estelar e feedback tornará o halo um ambiente desfavorável para a formação de um buraco negro de colapso direto, com maior contaminação por elementos pesados e um fluxo de gás enfraquecido, o que é propício ao colapso geral”, disse Sensi. “O declínio no número de buracos negros nascentes de colapso direto após z~6 é uma consequência natural dos critérios que determinam onde estes objetos se formaram.”
A confirmação da evidência observacional de que o Pequeno Ponto Vermelho é um berçário de buraco negro em colapso direto exigirá dados astronômicos de maior resolução e uma cobertura espectral mais completa, explicou Sensi. Isto colocará restrições adicionais à importância do papel desempenhado pelos buracos negros e estrelas na Pequena Mancha Vermelha e confirmará a dinâmica e o estado físico do seu denso reservatório de gás. Até lá, ela e a sua equipa continuarão a simular condições no universo primitivo para compreender melhor esta relação potencial.
“Estamos a realizar uma série de simulações de alta resolução para testar o impacto de muitas condições de formação diferentes para buracos negros de colapso direto.”
A pesquisa da equipe é publicada na revista Avisos mensais da Royal Astronomical Society.
