Buracos negros supermassivos parecem ter crescido devido à expansão do universo

Dois dos maiores mistérios do universo estariam conectados entre si, de acordo com um novo estudo. Uma equipe de astrofísicos propõe que os buracos negros supermassivos, cujas origens ainda são desconhecidas, ganham massa de acordo com a expansão cada vez mais acelerada do universo. Isso significa que os buracos negros nos centros das galáxias evoluíram graças à energia escura, de certo modo.

Quasares são buracos negros supermassivos ativos no centros de algumas galáxias (Imagem: Reprodução/ESO/M. Kornmesser)

Os astrônomos perceberam que o universo está não apenas se expandindo, mas a taxa dessa expansão é cada vez maior. Quanto mais o tempo passa, mais as galáxias se afastam de nós. Os astrônomos podem observar essa aceleração graças ao desvio para o vermelho — os comprimentos de onda da luz das galáxias distantes são esticados, à medida que o espaço entre os objetos luminosos aumenta.  Ainda não se sabe exatamente o que está causando essa aceleração da taxa de expansão, mas os astrofísicos têm um nome para o culpado, mesmo sem conhecê-lo: energia escura. A natureza dessa energia é um mistério, mas os astrônomos podem deduzir que ela existe e está presente em todo o cosmos.

Por outro lado, os buracos negros supermassivos, que podem atingir massa de milhões, ou até mesmo bilhões de vezes a massa do Sol, não são nem um pouco parecidos com os buracos negros que nascem após a explosão de uma estrela em supernova. Os cientistas também não sabem como os supermassivos evoluíram, já que não existem objetos tão grandes que possam colapsar e gerar esses colossos invisíveis. 

Existe a hipótese de que a evolução desses objetos ocorreu através de muitas fusões com outros buracos negros, até que um “super buraco negro” se formou. O problema é que fusões entre buracos negros são um processo lento, e o universo simplesmente não tem idade o suficiente para que os supermassivos tenham se formado através desse método. 

Simulação de interação entre dois buracos negros (Imagem: Reprodução/Goddard Space Flight Center/Schnittman/Brian P. Powell)

Contudo, as coisas mudam se os buracos negros estiverem entrelaçados com a expansão do universo. Esse resultado apareceu quando os autores do novo estudo analisaram a primeira detecção de ondas gravitacionais da história, em 2015. Os dados dessas ondas mostraram que elas foram geradas pela colisão entre dois buracos negros de massa estelar, ou seja, apenas algumas dezenas de massas solares.

Mas será que isso faz algum sentido? Se a expansão do universo faz a massa dos buracos negros aumentar, porque a massa das próprias galáxias hospedeiras também não aumenta ao mesmo tempo? Bem, para os autores, os buracos negros supermassivos têm massas grandes o suficiente e vidas longas o suficiente para serem afetados por essa expansão. Em sistemas como o Sol e seus planetas, a gravidade mantém unido, por isso o Sistema Solar ou a própria Via Láctea não aumentam. Os planetas e as estrelas mantém mais ou menos a mesma distância de sempre uns dos outros.

Simulação de ondas gravitacionais (Imagem: Reprodução/Raúl Rubio/The Virgo Collaboration)

Buracos negros muito antigos e massivos, por outro lado, possuem essa equivalência com a expansão do universo. A proposta do estudo é o seguinte: a massa dos buracos negros é proporcional ao tamanho do universo, elevado a algum expoente. Este expoente dá a 'força' do acoplamento entre as duas coisas. “Em qualquer universo em expansão, todas as massas de buracos negros crescerão dessa maneira”, disse Kevin Croker, astrofísico da Universidade do Havaí em Mānoa e co-autor do artigo. “Se a expansão do universo estiver se acelerando, as massas dos buracos negros crescerão cada vez mais rápido. Portanto, não é a aceleração da expansão que causa o crescimento, apenas a expansão em si. ” 

A equipe argumenta também que o motivo de ninguém ter percebido esse acoplamento antes é que os buracos negros são geralmente modelados em um universo que não se expande. É como se os astrônomos estivessem apenas capturando uma fotografia instantânea de um momento muito específico da evolução do buraco negro para medir coisas como a massa e spin. Sem considerar a expansão, as simulações não conseguiriam prever o ganho de massa dos buracos negros.

Deste modo, os buracos negros poderiam ter colidido entre si ao longo da história do universo, mas só se tornaram supermassivos graças à expansão do cosmos. Pode parecer “maluquice”, mas a ideia de acoplamento — coisas que respondem a um fenômeno no universo, por assim dizer — também ocorre com a luz. Lembra dos comprimentos de onda que se esticam à medida que o universo se expande? Isso é algo que realmente acontece e é graças a esse comportamento da luz que os astrônomos descobriram que o cosmos está em expansão, em primeiro lugar. 

O acoplamento da massa dos buracos negros com a expansão do universo é apenas uma hipótese, mas é interessante pensar como objetos podem se tornar maiores à medida que o próprio espaço-tempo aumenta. Os autores do estudo esperam que novos e melhores detectores de ondas gravitacionais possam testar a ideia no futuro. 

O artigo foi publicado no Astrophysical Journal Letters. 

Fonte: Canaltech.com.br