O universo primordial pode ter sido cheio de buracos negros supermassivos

Buracos negros supermassivos são alguns dos objetos mais impressionantes (e assustadores) do universo – com massas cerca de um bilhão de vezes maiores do que a do Sol. E sabemos que eles existem há muito tempo. 

Imagem via Pixabay

Na verdade, os astrônomos já detectaram fontes extremamente luminosas e compactas localizadas no centro de galáxias, conhecidas como quasares (buracos negros supermassivos em rápido crescimento), quando o universo tinha menos de 1 bilhão de anos.

Agora, um novo estudo publicado na *Astrophysical Journal Letters* usou observações do Telescópio Espacial Hubble para mostrar que havia muito mais buracos negros (menos luminosos) no início do universo do que se pensava. Isso pode nos ajudar a entender como eles se formaram – e por que muitos deles parecem ser mais massivos do que o esperado.

Como Buracos Negros Crescem:

Buracos negros aumentam de massa ao “engolir” material ao seu redor, em um processo chamado acreção. Isso produz uma enorme quantidade de radiação, e a pressão dessa radiação impõe um limite fundamental na velocidade com que os buracos negros podem crescer.

Isso representava um desafio para os cientistas explicarem esses quasares massivos tão cedo na história do universo: sem muito tempo cósmico para se alimentar, eles teriam que ter crescido mais rápido do que fisicamente possível ou terem nascido surpreendentemente grandes.

Sementes Leves vs. Sementes Pesadas:

Mas, afinal, como os buracos negros se formam? Existem algumas possibilidades. Uma delas é que buracos negros chamados “primordiais” existam desde logo após o Big Bang. Embora isso seja plausível para buracos negros de baixa massa, a formação de buracos negros supermassivos em grande quantidade não seria possível segundo o modelo padrão da cosmologia.

Sabemos que buracos negros podem se formar no final da vida de estrelas massivas, e que eles poderiam crescer rapidamente em aglomerados de estrelas extremamente densos, onde estrelas e buracos negros se fundem. Esses seriam os chamados “sementes de massa estelar”, que precisariam crescer muito rápido.

Outra hipótese é que os buracos negros possam se formar a partir de “sementes pesadas”, com massas cerca de mil vezes maiores que as das estrelas mais massivas conhecidas. Um mecanismo seria o “colapso direto”, onde estruturas formadas por matéria escura aprisionam nuvens de gás, impedindo a formação de estrelas e levando-as a colapsar diretamente em buracos negros.

Mais Buracos Negros do Que Imaginávamos: 

Durante anos, tivemos uma boa ideia de quantas galáxias existiam no primeiro bilhão de anos do universo. Mas encontrar buracos negros nesses ambientes era difícil (só os quasares luminosos podiam ser detectados).

Os buracos negros não crescem de forma constante – eles “se alimentam” em períodos irregulares, fazendo sua luminosidade variar com o tempo. Monitoramos algumas das galáxias mais antigas por mudanças de brilho ao longo de 15 anos e usamos isso para estimar quantos buracos negros existiam.

Descobrimos que havia várias vezes mais buracos negros em galáxias comuns do início do universo do que imaginávamos.

Novas Formas de Formação:

Existe uma outra forma exótica de formar buracos negros que poderia criar sementes abundantes e massivas. Durante a formação de estrelas, se um número significativo de partículas de matéria escura for capturado, a estrutura interna poderia ser alterada, evitando que a estrela acendesse como as normais. Isso permitiria que ela continuasse crescendo por muito mais tempo, eventualmente colapsando em um buraco negro.

Agora acreditamos que processos semelhantes a esse possam ter ocorrido para formar o grande número de buracos negros que observamos no universo primordial.

Próximos Passos:

O estudo da formação de buracos negros no início do universo passou por uma transformação nos últimos anos, mas ainda estamos apenas começando.

Novos observatórios no espaço, como a missão Euclid e o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, irão completar nosso levantamento de quasares menos luminosos. O projeto NewAthena e o radiotelescópio Square Kilometer Array, na Austrália e na África do Sul, ajudarão a entender os processos em torno dos buracos negros nos primórdios.

Mas é o Telescópio Espacial James Webb que promete os avanços mais imediatos. Com sua capacidade de imagem e espectroscopia, esperamos que os próximos cinco anos tragam respostas definitivas sobre o número de buracos negros quando as primeiras galáxias estavam se formando.

Podemos até mesmo presenciar a formação de buracos negros em ação, ao observar explosões associadas ao colapso das primeiras estrelas. Isso é possível, mas exigirá um esforço coordenado e dedicado dos astrônomos.

Terrarara.com.br