Chandra explica por que os buracos negros freiam o crescimento.

 Astrônomos encontraram a resposta para um mistério antigo da astrofísica: por que o crescimento de buracos negros supermassivos é muito menor hoje do que no passado? Um estudo que utilizou o Observatório de Raios X Chandra da NASA e outros telescópios de raios X descobriu que os buracos negros supermassivos são incapazes de consumir matéria tão rapidamente quanto faziam em um passado distante. Os resultados foram publicados na edição de dezembro de 2025 do The Astrophysical Journal .

Imagens de raios X, ópticas e infravermelhas de J033225 e J033215. Crédito: Raio X: NASA/CXC/Penn State Univ./Z. Yu et al.; Óptica (HST): NASA/ESA/STScI; Infravermelho: NASA/ESA/CSA/STScI; Processamento de imagem: NASA/CXC/SAO/P. Edmonds, L. Frattare

Há dez bilhões de anos, houve um período que os astrônomos chamam de " meio-dia cósmico ", quando o crescimento de buracos negros supermassivos (aqueles com milhões a bilhões de vezes a massa do Sol) atingiu seu pico em toda a história do universo. Entre o meio-dia cósmico e agora, no entanto, os astrônomos observaram uma grande desaceleração na velocidade com que os buracos negros estão crescendo.

"Um mistério antigo tem sido a causa dessa grande desaceleração", disse Zhibo Yu, da Universidade Estadual da Pensilvânia, principal autor do novo estudo. "Com esses dados de raios X e observações complementares em outros comprimentos de onda, podemos testar diferentes hipóteses e restringir a resposta."

Quando gás cai em um buraco negro supermassivo, ele se aquece e produz grandes quantidades de radiação, incluindo raios X. Por décadas, o Chandra e outros telescópios de raios X têm demonstrado uma diminuição no crescimento dos buracos negros ao observá-los a diferentes distâncias pelo universo. Crucialmente, buracos negros que estão crescendo mais rapidamente produzem mais raios X.

Ilustração de cenários de crescimento de buracos negros supermassivos. Crédito: Penn State/Z.Yu

Novo levantamento por raios X revela desaceleração

Ao analisar observações de cerca de 1,3 milhão de galáxias e 8.000 buracos negros supermassivos em crescimento, feitas pelos telescópios Chandra, XMM-Newton da ESA e eROSITA (Extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array, uma missão alemã e russa), a equipe conseguiu isolar o "porquê" dessa desaceleração dos buracos negros.

"Parece que o consumo de matéria pelos buracos negros diminuiu consideravelmente com a idade do universo", disse o coautor Niel Brandt, também da Universidade Estadual da Pensilvânia. "Isso provavelmente ocorre porque a quantidade de gás frio disponível para eles ingerirem diminuiu desde o meio-dia cósmico."

Neste estudo, os pesquisadores determinaram o brilho e a massa dos buracos negros, e quantas galáxias no levantamento possuem fontes de raios X, o que implica que elas contêm buracos negros supermassivos em crescimento. A equipe utilizou uma combinação de levantamentos, desde levantamentos superficiais de grandes regiões do céu até estudos extremamente longos de pequenos campos. Esse conjunto é frequentemente visualizado em camadas escalonadas que formam um desenho semelhante a um bolo de casamento.

Dados telescópicos em camadas constroem a imagem.

Nas observações, o XMM-Newton e o eROSITA forneceram os níveis intermediário e inferior com observações mais amplas, porém menos profundas. Enquanto isso, o Chandra contribuiu com o nível superior, com observações profundas que cobriram uma área relativamente pequena, permitindo a detecção de buracos negros em crescimento mais tênues e distantes.

"Ao combinar esses dados de diferentes telescópios de raios X, podemos construir uma imagem melhor de como esses buracos negros estão crescendo do que qualquer telescópio sozinho conseguiria", disse o coautor Fan Zou, da Universidade de Michigan. "Podemos descobrir por que, ao longo de dez bilhões de anos, o crescimento de buracos negros supermassivos passou de frenético para lento e, finalmente, para glacial."

Investigando por que os buracos negros estão desacelerando.

A equipe realizou testes dos três principais cenários possíveis atualmente em consideração para a desaceleração do crescimento dos buracos negros. Essas opções eram: a redução no crescimento dos buracos negros poderia ser causada por taxas de consumo menos eficientes, por massas típicas menores dos buracos negros ou por um número menor de buracos negros em crescimento ativo?

A análise dos dados, que abrangem bilhões de anos da história cósmica, levou os pesquisadores à conclusão de que os buracos negros, de fato, consomem matéria mais lentamente quanto mais recentes forem encontrados após o Big Bang. Os pesquisadores esperam que essa tendência de crescimento mais lento dos buracos negros continue no futuro.

Um desafio fundamental neste estudo é que tanto buracos negros mais massivos quanto buracos negros de crescimento mais rápido produzem emissões de raios X mais brilhantes. Observações em outros comprimentos de onda, incluindo dados ópticos e infravermelhos , foram usadas para estimar as massas dos buracos negros e separar esses dois fatores.

Phys.org