Os minúsculos pontos vermelhos, objetos misteriosos descobertos pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST), podem ser berçários de buracos negros supermassivos que não se formaram a partir do colapso de estrelas, mas em vez disso emergiram diretamente de vastas nuvens de gás.
Nesse caso, poderia resolver não apenas o quebra-cabeça da natureza dos pequenos pontos vermelhos, mas também outro mistério. JWST Ele entrará em operação em 2022 Buracos negros supermassivos 500 milhões de anos após o Big Bang.
Se as fusões de buracos negros supermassivos começarem com uma “semente pesada”, um buraco negro em colapso direto, o problema criado quando regiões mais densas colapsam em nuvens de gás primordial será resolvido. Isto contrasta com uma “semente de luz”, que se forma quando as estrelas chegam ao fim das suas vidas e explodem como supernovas, deixando para trás a massa estelar. Buracos negros
As sementes pesadas não apenas removem as restrições de massa dos buracos negros que iniciam esse processo de fusão, mas também permitem que funcionem antes que a primeira geração de estrelas massivas viva e morra.
“Todas as galáxias podem ter um buraco negro supermassivo no seu centro, cuja origem é um dos quebra-cabeças da astrofísica moderna. Um caminho teórico para a formação de buracos negros supermassivos é o colapso direto”, disse o líder da equipe de pesquisa Elia Sensi, da Universidade de Genebra, ao Space.com. “Neste cenário, os buracos negros formam-se após o colapso de uma estrela supermassiva de vida curta, formada a partir do colapso de gás primitivo no núcleo. matéria escura halos que atendem a vários critérios rigorosos. Estes critérios preocupam-se principalmente em evitar a formação de hidrogénio molecular, que iria sobre-arrefecer o gás. desvio para vermelhofavorecendo a formação de estrelas menores.”
O Sensei explicou que os Pequenos Pontos Vermelhos são fontes atípicas de luz que foram emitidas principalmente quando o universo tinha menos de um bilhão de anos. Descobertos pelos Deep Extragalactic Surveys realizados com o JWST, eles parecem vermelhos e excepcionalmente compactos, daí o seu nome.
Pequenas manchas vermelhas são incomuns por vários motivos.
“Uma explicação popular para estes objetos é que estamos a observar uma grande população de buracos negros massivos e ténues rodeados pelo gás muito denso do Universo primitivo. Estrelas “Não conseguimos encontrá-lo com ferramentas anteriores”, disse Sensi.
Ao executar simulações de alta resolução da evolução cósmica no universo primitivo, Cenci e colegas ligaram os minúsculos pontos vermelhos e os buracos negros em colapso direto.
“Nossos resultados mostram que os buracos negros recém-formados em colapso direto correspondem às abundâncias gerais e às principais propriedades físicas inferidas para a enigmática Pequena Mancha Vermelha descoberta com o JWST”, disse Sensi. “Se estudos futuros confirmarem a nossa ligação proposta com buracos negros em colapso direto, é emocionante pensar que pequenos pontos vermelhos poderão ser a primeira evidência observacional direta do nascimento de buracos negros supermassivos. universo.
“Pela primeira vez, teremos laboratórios reais para compreender as condições sob as quais os buracos negros supermassivos se formaram.”
Buracos negros supermassivos podem começar como pequenos pontos vermelhos
A vantagem dos buracos negros de colapso direto é que eles podem atuar como as chamadas sementes pesadas para a formação de buracos negros, explicou Sensi. Isso significa que eles já podem ser dezenas a milhões de vezes maiores A massa do sol Ao contrário dos buracos negros formados pela morte de estrelas quando se formam, a sua massa é limitada pela massa das estrelas progenitoras.
Isto dá uma vantagem significativa no crescimento de buracos negros supermassivos.
“Em comparação com as sementes leves de buracos negros, elas podem facilmente crescer e se transformar nos buracos negros supermassivos que observamos, astronomicamente, pelo menos no curto período de tempo disponível após o Big Bang”, disse Sensei.
O investigador da Universidade de Genebra também explicou porque é que buracos negros em colapso direto e os seus berçários não são encontrados no universo local e moderno, dizendo que a falta de elementos mais pesados que o hidrogénio e o hélio é necessária. Elementos formados por estrelas e semeados em galáxias são liberados quando essas estrelas chegam ao fim de suas vidas e explodem como supernovas.
“Para formar buracos negros de colapso direto, o gás não deve formar estrelas de forma monolítica. Portanto, o seu ambiente ‘berçário’ deve ser limpo, não criando moléculas pesadas ou sendo contaminado por elementos pesados produzidos pela evolução estelar”, disse Sensi. “Na prática, estas condições só eram possíveis no início do Universo.”
Uma das características mais curiosas 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 descrevem astrónomos como Sensi, num desvio para o vermelho de z~6. Ele acredita que este desaparecimento poderia ser explicado se os Pequenos Pontos Vermelhos estivessem diretamente no centro da formação de um buraco negro em colapso.
“Após z~6, a interação não linear de processos como a evolução estelar e o feedback tornam os halos ambientes desfavoráveis para a formação de buracos negros de colapso direto, tornam-se mais contaminados por elementos mais pesados e experimentam injeção de gás menos intensa, favorecendo um cenário de colapso monolítico”, disse Sensi. “O declínio na população de buracos negros recém-nascidos em colapso direto após Z~6 é uma consequência natural da escala que determina onde estes objetos podem se formar.”
Evidências observacionais que confirmam pequenos pontos vermelhos como berçários de buracos negros em colapso direto exigirão dados astronômicos de maior resolução e uma cobertura espectral mais completa, explicou Sensi. Isto coloca restrições adicionais à importância do papel desempenhado pelos buracos negros e estrelas nos Pequenos Pontos Vermelhos, bem como confirma a dinâmica e o estado físico dos seus densos reservatórios de gás. Até então, ela e sua equipe continuarão simulando condições do universo primitivo para compreender melhor essa possível relação.
“Executamos um grande conjunto de simulações de alta resolução para testar as implicações de diferentes condições de formação para buracos negros de colapso direto”, “Nosso trabalho se concentra na compreensão e caracterização da população de buracos negros de colapso direto no ambiente cosmológico.
O estudo da equipe foi publicado na revista Avisos mensais da Royal Astronomical Society.
