Buracos negros primitivos podem revelar como o universo se formou

  Buracos negros supermassivos sopram ventos para fora em uma forma esférica, como descrito aqui na concepção deste artista de um buraco negro.Crédito: NASA / JPL-Caltech

Muito perto do começo, pensam os cientistas, havia buracos negros.

Esses buracos negros, que os astrônomos nunca detectaram diretamente, não se formaram da maneira usual : o explosivo colapso de uma grande estrela moribunda em sua própria gravidade também. A questão nesses buracos negros, acreditam os pesquisadores, não foi esmagada em uma singularidade pelos últimos suspiros de uma velha estrela.

De fato, naquela época, nos primeiros 1 bilhão ou mais de anos do universo, não havia estrelas antigas. Em vez disso, havia enormes nuvens de matéria, preenchendo o espaço, semeando as primeiras galáxias . Alguns dos que importam, acreditam os pesquisadores, agruparam-se mais firmemente, no entanto, entrando em colapso em sua própria gravidade, assim como as velhas estrelas fizeram com o envelhecimento do universo. Esses colapsos, acreditam os pesquisadores, semearam buracos negros supermassivos que não tinham vida prévia como estrelas. Os astrônomos chamam essas singularidades de "buracos negros de colapso direto" (DCBHs).  O problema com essa teoria, porém, é que ninguém nunca encontrou uma.

Mas isso pode mudar. Um novo artigo do Georgia Institute of Technology publicado em 10 de setembro na revista Nature Astronomy propõe que o Telescópio Espacial James Webb (JWST), que a NASA pretende lançar em algum momento nos próximos anos , deve ser sensível o suficiente para detectar um galáxia contendo um buraco negro deste período antigo da história do universo. E o novo estudo propõe um conjunto de assinaturas que poderiam ser usadas para identificar uma galáxia que hospeda DCBH.

E esse telescópio ultrapoderoso pode não ter que procurar nos céus por muito tempo para encontrar um.

"Nós prevemos que o próximo Telescópio Espacial James Webb pode ser capaz de detectar e distinguir uma galáxia jovem que abriga um buraco negro de colapso direto ... com um tempo total de exposição de 20.000 segundos [5.56-hour]", escreveram os pesquisadores. . (Mais tarde, eles notaram que havia alguns elementos "crus" nessa estimativa de tempo.)

Para fazer sua previsão, os pesquisadores usaram um modelo de computador [CK?] Para simular a formação de um DCBH no início do universo. Eles descobriram que quando um DCBH se forma, faz com que muitas estrelas enormes, de vida curta e sem metal, se formem em torno dele. Assim, a luz vinda de sua galáxia hospedeira conteria assinaturas de estrelas com baixo teor de metal.

Eles também descobriram que um DCBH emergente emite altas freqüências de radiação eletromagnética que o JWST poderia reconhecer - apesar de que a radiação teria viajado tão longe, de uma galáxia se movendo tão rápido na direção oposta, que teria mudado para a radiação infravermelha por o tempo que chegou ao nosso sistema solar. (A luz é deslocada para o vermelho, ou muda para comprimentos de onda mais longos, à medida que os objetos no universo se afastam um do outro.)

E isso leva à razão subjacente de que os pesquisadores ainda podem especular (em termos muito avançados) sobre o que um DCBH deve parecer para o JWST, e esperar que o JWST realmente chegue ao espaço : Para estudar o universo primordial, os cientistas têm olhar para muito longe, com uma luz muito antiga que viaja há muito tempo. Essa luz é especialmente fraca e, sem um instrumento tão sensível quanto o JWST, a humanidade atualmente não tem como detectá-lo.

Uma vez lançado o JWST, porém, ele deve ser capaz de detectar um DCBH em um período relativamente curto, escreveram os pesquisadores. Isso porque há muitos buracos negros que os pesquisadores já podem detectar do universo ligeiramente posterior que suspeitam ser DCBHs. Mas esses buracos negros estão mais próximos da Terra, de modo que os sinais que a humanidade pode detectar a partir deles foram criados mais tarde em sua vida, quando as evidências de como se formaram foram perdidas.

Há uma série de perguntas abertas sobre DCBHs que o JWST pode responder, disseram os pesquisadores em uma declaração - como se um DCBH se forma e então faz com que uma galáxia se forme em torno dele, ou se DCBHs se formaram depois que o assunto ao redor deles já estava aglutinado juntos em estrelas.

"Este é um dos últimos grandes mistérios do universo primitivo", disse Kirk Barrow, o primeiro autor do estudo e recém-formado em doutorado na Escola de Física da Georgia Tech, em um comunicado. "Esperamos que este estudo forneça um bom passo para descobrir como esses buracos negros supermassivos se formaram no nascimento de uma galáxia."

Fonte: Live Science .