Os cientistas podem ter resolvido um mistério cósmico desde que o Telescópio Espacial James Webb (JWST) retomou as observações em 2022.
Quando os astrónomos começaram a olhar para os primórdios do Universo com observatórios sofisticados, descobriram Buracos negros supermassivos O Universo parece ter-se formado há mil milhões de anos, algo que os nossos modelos actuais do cosmos não conseguem explicar, mas um novo estudo descobriu que um buraco negro “frenesi alimentar” poderia explicar como é que estes monstros cósmicos nasceram no início da história do Universo.
“Descobrimos que as condições caóticas no universo primitivo levaram pequenos buracos negros a crescerem e se transformarem em buracos negros supermassivos que veremos mais tarde, após um frenesi que devorou o material ao seu redor”, disse o líder da pesquisa, Daxal Mehta, da Universidade de Maynooth, em um comunicado. “Revelámos a primeira geração de buracos negros – aqueles que nasceram depois de algumas centenas de milhões de anos – utilizando sofisticadas simulações computacionais. Big Bang cresceu incrivelmente rápido, dezenas de milhares de vezes maior que o nosso Sol.”
Ao realizar simulações computacionais complexas, a equipe de pesquisadores descobriu que as condições turbulentas e densamente ricas em gás nas primeiras galáxias podem ter permitido que os buracos negros entrassem em breves fases de megafome, rompendo uma barreira conhecida como “limite de Eddington”. Este limite determina quanto material pode cair em um corpo como uma estrela ou um buraco negro.
Os períodos de superconsumo que excedem esse limite são chamados de “acreção super-Eddington” e atuam como um elo perdido entre os buracos negros formados quando estrelas massivas morrem. Explosões de supernovas e monstruosos buracos negros supermassivos.
No coração de todas as grandes galáxias do universo moderno com 13,8 mil milhões de anos estão buracos negros supermassivos com massas milhões ou milhares de milhões de vezes maiores que a do Sol, que não são difíceis de explicar porque tiveram muito tempo para crescer.
Buracos negros supermassivos foram descobertos 500 milhões de anos após o Big Bang, que o JWST detectou rotineiramente nos últimos três anos e meio. Isto ocorre porque os processos de fusão e alimentação que se pensa permitirem que os buracos negros alcancem estados supermassivos levam pelo menos mil milhões de anos.
“É como uma família andando pela rua, e eles têm dois adolescentes de um metro e oitenta, mas há uma criança de um metro e oitenta com eles”, disse John Regan, membro da equipe de pesquisa e cientista da Universidade de Maynooth, anteriormente ao Space.com. “Isso é um pouco problemático. Como uma criança ficou tão alta? E o mesmo vale para buracos negros supermassivos no universo. Como eles ficaram tão grandes tão rapidamente?”
As simulações da equipe sugerem que um frenesi de alimentação super-Eddington pode ter permitido que os buracos negros de primeira geração penetrassem no gás denso do universo primitivo e atingissem massas dezenas de milhares de vezes a do Sol. Embora isto não nos leve a buracos negros supermassivos, proporciona um início significativo para o processo de fusão, que verá buracos negros de tamanho crescente colidirem e fundirem-se para formar um buraco negro ainda maior.
“Anteriormente, pensava-se que estes minúsculos buracos negros eram demasiado pequenos para se transformarem nos gigantescos buracos negros vistos no centro das primeiras galáxias,” disse Mehta. “O que mostramos aqui é que estes buracos negros primordiais, embora minúsculos, são capazes de crescer a taxas espetacularmente rápidas nas condições certas.”
A pesquisa da equipe ajudará os cientistas a determinar se os primeiros buracos negros supermassivos se originaram como “sementes leves” com massas variando de dez a algumas centenas de vezes a do nosso Sol, ou “sementes pesadas” com massas até 100.000 vezes a do Sol. Anteriormente, pensava-se que apenas as sementes mais pesadas seriam maiores para facilitar o rápido crescimento de buracos negros supermassivos.
“Não temos certeza agora”, disse Reagan. “As sementes pesadas são algo exóticas e podem exigir condições raras para se formarem. As nossas simulações mostram que os buracos negros de massa estelar do tipo ‘jardim’ poderiam crescer a taxas extremas no Universo primordial.”
A investigação da equipa não só sugere uma nova forma de crescimento de buracos negros supermassivos, mas também mostra quão importantes são as simulações de alta resolução para a nossa investigação do Universo primitivo.
“O universo primitivo é muito mais caótico e turbulento do que esperávamos, com uma população de buracos negros supermassivos muito maior do que esperávamos”, disse Regan.
Quanto à recolha de provas para esta teoria, pode ser um trabalho não para o JWST ou qualquer outro instrumento astronómico tradicional, mas para instrumentos concebidos para detectar pequenas ondulações no espaço chamadas ondas gravitacionais coerentes. De particular importância foi o primeiro detector de ondas gravitacionais baseado no espaço, a Antena Espacial de Interferômetro Laser (Lisa), um composto Agência Espacial Europeia/ A missão da NASA está programada para ser lançada em 2035.
“As futuras observações de ondas gravitacionais dessa missão poderão detectar fusões destes pequenos buracos negros, iniciais e de rápido crescimento”, concluiu Regan.
O relatório da equipe foi publicado no jornal quarta-feira (21 de janeiro). Astronomia Natural.
