Como os buracos negros supermassivos se tornaram Tão grandes, Tão Rapidamente?


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Os buracos negros podem ter crescido de maneira incrivelmente rápida no universo recém nascido, talvez ajudando a explicar por que eles aparecem tão cedo na história cósmica, dizem os pesquisadores. Os buracos negros possuem uma força gravitacional tão forte que nem mesmo a luz pode escapar de suas garras. Normalmente acredita-se que eles se formem depois que estrelas massivas morram em explosões violentas conhecidas como supernovas, que esmagam os núcleos remanescentes, formando objetos extremamente densos. Buracos negros supermassivos com milhões a bilhões de vezes a massa do Sol ocorrem no núcleo da maioria, mas não de todas, as galáxias. Esses buracos negros monstruosamente grandes têm existidos desde a infância do universo, a aproximadamente 800 milhões de anos depois do Big Bang. Contudo, permanece ainda um mistério, como esses gigantes poderiam crescer tanto num período relativamente curto de tempo. Em buracos negros modernos, feições chamadas de discos de crescimento limitam a velocidade de crescimento. Esses discos de gás e poeira que circulam os buracos negros, podem evitar que eles cresçam rapidamente de duas maneiras diferentes, dizem os pesquisadores.

A primeira maneira, à medida que a matéria no disco de crescimento fica cada vez mais próximo do buraco negro, ocorre um engarrafamento que reduz a velocidade de qualquer material que caia na direção do buraco negro. A segunda maneira, enquanto a matéria colide dentro desses engarrafamentos, ela é aquecida, gerando radiação energética que guia o gás e a poeira para fora do buraco negro. Os buracos negros não sugam matéria ativamente – eles não são como aspiradores de pó”, disse o principal autor do estudo Tal Alexander, um astrofísico do Weizmann Institute of Science em Rehovot, Israel.

“Uma estrela ou uma corrente de gás pode estar numa órbita estável ao redor de um buraco negro, exatamente como a Terra circunda o Sol, sem cair em sua direção”, disse Alexander. “É na verdade algo desafiante pensar nas maneiras eficientes de se guiar o gás dentro do buraco negro a uma taxa alta o suficiente que pode levar ao seu rápido crescimento”. Alexander e seu colega Priyamvada Natarajan podem ter encontrado uma maneira de como os primeiros buracos negros poderiam ter crescido a proporções supermassivas – em parte, operando sem as restrições do disco de crescimento. Os cientistas começaram com um modelo de um buraco negro com 10 vezes a massa do Sol mergulhado num aglomerado de milhares de estrelas. Eles alimentaram o buraco negro simulado continuamente com fluxos de gás denso, opaco e frio.

“O universo inicial era muito menor e então mais denso na média, do que ele é”, disse Alexander. Esse gás frio e denso teria obscurecido uma quantidade substancial da radiação energética gerada pela matéria caindo no buraco negro. Além disso, a força gravitacional de muitas estrelas ao redor do buraco negro “causam um zigzag aleatório, e seu movimento errático evita a formação de um disco de crescimento de drenagem, vagaroso”, disse Alexander. Isso significa que a matéria cai no buraco negro de todos os lados ao invés de ser forçada em um disco ao redor do buraco negro, de onde ele cairia muito mais lentamente.

O chamado “crescimento supra-exponencial” observado no modelo de buraco negro, sugere que um buraco negro com 10 vezes a massa do Sol poderia ter crescido chegando a ter 10 bilhões de vezes a massa do Sol em 1 bilhão de anos depois do Big Bang, disseram os pesquisadores. “Os resultados teóricos mostram uma rota plausível para a formação de buracos negros supermassivos logo depois do Big Bang”, disse Alexander.

Pesquisas futuras poderiam examinar se o crescimento supra-exponencial dos buracos negros ocorreria também em tempos modernos. A alta densidade e a alta massa dos fluxos frios vistos no antigo universo podem existir “para curtos períodos de tempo em aglomerados instáveis, densos e com formação de estrelas, ou em discos de crescimento densos ao redor de buracos negros supermassivos já existentes”, disse Alexander.

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