Radiação de galáxias vizinhas ajudou a formar os primeiros buracos negros supermassivos

O buraco negro supermassivo visto aqui à esquerda é capaz de crescer rapidamente à medida que a radiação intensa de uma galáxia vizinha desliga a formação estelar na sua galáxia-mãe.Crédito: John Wise, Georgia Tech

O aparecimento de buracos negros supermassivos no alvorecer do Universo tem intrigado os astrónomos desde a sua descoberta há mais de uma década atrás. Pensa-se que um buraco negro supermassivo se forme ao longo de milhares de milhões de anos, mas foram avistados mais de duas dúzias destes gigantes 800 milhões de anos após o Big Bang, que ocorreu há 13,8 mil milhões de anos atrás. 

Num novo estudo publicado na revista Nature Astronomy, uma equipa de investigadores da Universidade da Cidade de Dublin, de Georgia Tech, da Universidade de Columbia e da Universidade de Helsínquia acrescenta evidências a uma teoria de como estes buracos negros antigos, aproximadamente mil milhões de vezes mais massivos que o nosso Sol, podem ter-se formado e ganho massa rapidamente.

Em simulações de computador, os investigadores mostram que um buraco negro pode crescer rapidamente no centro da sua galáxia hospedeira se uma galáxia próxima emite radiação suficiente para desligar a sua capacidade para formar estrelas. Desta forma, a galáxia hospedeira cresce até ao seu eventual colapso, formando um buraco negro que se alimenta do gás remanescente e, mais tarde, da poeira, das estrelas moribundas e possivelmente de outros buracos negros, tornando-se supergigante.

"O colapso da galáxia e a formação de um buraco negro com um milhão de massas solares leva 100.000 anos - um mero piscar de olhos no tempo cósmico," afirma o coautor Zoltan Haiman, professor de astronomia da Universidade de Columbia. "Algumas centenas de milhões de anos depois, cresceu para um buraco negro supermassivo com mil milhões de massas solares. Este crescimento é muito mais rápido do que esperávamos."

No início do Universo, as estrelas e as galáxias formaram-se à medida que o hidrogénio molecular arrefecia e esvaziavam um plasma primordial de hidrogénio e hélio. Este ambiente teria limitado os buracos negros de crescer muito pois o hidrogénio molecular gasoso produzia estrelas longe o suficiente para escapar à atração gravitacional dos buracos negros. Os astrónomos descobriram várias maneiras pelas quais os buracos negros supermassivos podem ter superado essa barreira.

Num estudo de 2008, Haiman e colegas levantaram a hipótese de que a radiação de uma galáxia gigante vizinha podia dividir o hidrogénio molecular em hidrogénio atómico e fazer com que o buraco negro nascente e a sua galáxia-mãe colapsassem ao invés de formar novos enxames estelares.

Um estudo posterior liderado por Eli Visbal, na altura investigador pós-doutorado em Columbia, calculou que a galáxia vizinha teria que ser pelo menos 100 milhões de vezes mais massiva que o nosso Sol para emitir radiação suficiente para parar a formação de estrelas. Embora relativamente raras, existem suficientes galáxias deste tamanho no Universo primitivo para explicar os buracos negros supermassivos observados até agora.

O estudo atual, liderado por John Regan, investigador pós-doutorado da Universidade da Cidade de Dublin, Irlanda, modelou o processo usando um software desenvolvido por Greg Bryan, de Columbia. Este estudo inclui os efeitos da gravidade, da dinâmica de fluidos, da química e da radiação.

Depois de vários dias a calcular valores num supercomputador, os cientistas descobriram que a galáxia vizinha podia ser mais pequena e mais próxima do que o estimado anteriormente. "A galáxia próxima não pode estar muito perto, nem muito longe e, tal como o princípio da zona habitável para os exoplanetas, não pode ser nem muito quente nem muito fria," comenta o coautor John Wise, professor do Colégio de Física de Georgia Tech.

Embora os buracos negros massivos sejam encontrados no centro da maioria das galáxias do Universo mais adulto, incluindo na nossa própria Via Láctea, são muito menos comuns no Universo jovem. 

Os primeiros buracos negros supermassivos do Universo foram avistados em 2001 através de um telescópio do Observatório Apache Point, no estado norte-americano do Novo México, como parte do SDSS (Sloan Digital Sky Survey). Os investigadores esperam testar a sua teoria quando o Telescópio Espacial James Webb da NASA, o sucessor do Hubble, entrar em operações no próximo ano e transmitir imagens do Universo primitivo.

Outros modelos de como os buracos negros supermassivos evoluíram, incluindo um no qual os buracos negros crescem através da fusão com milhões de buracos negros mais pequenos e estrelas, aguardam mais testes. "Entender a formação dos buracos negros supermassivos diz-nos como as galáxias, incluindo a nossa, se formam, evoluem e, finalmente, diz-nos mais acerca do Universo em que vivemos," conclui Regan, da Universidade de Dublin.

FONTE: ASTRONOMIA ONLINE