Astrônomos resolvem o mistério de como os buracos negros cresceram tão rapidamente.

Os buracos negros no início do Universo parecem ter crescido muito mais rápido do que os cientistas acreditavam.

Visualização computacional mostrando buracos negros bebês crescendo em uma galáxia jovem do início do Universo. Crédito: Dr. John Regan 

Os astrônomos têm se esforçado há muito tempo para explicar como os buracos negros se tornaram enormes tão cedo na história do Universo. Observações mostram que alguns atingiram proporções supermassivas em um piscar de olhos cósmico, levando os cientistas a buscar um mecanismo poderoso o suficiente para impulsionar um crescimento tão rápido. Uma nova pesquisa da Universidade de Maynooth (MU), na Irlanda, publicada na Nature Astronomy , oferece uma explicação convincente.

O estudo sugere que o Universo primordial era muito mais violento e imprevisível do que se supunha anteriormente. Nesse ambiente turbulento, pequenos buracos negros formados logo após o Big Bang estavam cercados por vastas quantidades de gás denso, o que lhes permitiu crescer a velocidades extraordinárias.

“Descobrimos que as condições caóticas que existiam no início do Universo fizeram com que buracos negros menores crescessem e se tornassem os buracos negros supermassivos que vemos posteriormente, após um frenesi alimentar que devorou ​​a matéria ao seu redor”, diz Daxal Mehta , candidato a doutorado no Departamento de Física da Universidade de Maynooth , que liderou a pesquisa.

Para testar essa ideia, a equipe se baseou em simulações computacionais detalhadas capazes de rastrear como a matéria se comportava ao redor de buracos negros jovens nos primeiros milhões de anos do tempo cósmico.

“Usando simulações computacionais de última geração, revelamos que a primeira geração de buracos negros – aqueles que nasceram apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang – cresceu incrivelmente rápido, atingindo dezenas de milhares de vezes o tamanho do nosso Sol.”

Resolvendo um enigma astronômico de longa data

“Esta descoberta resolve um dos grandes enigmas da astronomia”, afirma o Dr. Lewis Prole , pós-doutorando na MU e membro da equipe de pesquisa. “Esse enigma é como os buracos negros nascidos no início do Universo, observados pelo Telescópio Espacial James Webb , conseguiram atingir tamanhos tão supermassivos tão rapidamente.”

Esse processo ocorre quando um buraco negro atrai matéria a uma taxa muito maior do que a considerada estável. Em condições normais, a intensa luz produzida deveria repelir a matéria ao redor. No entanto, no início do Universo, esses buracos negros continuaram a consumir matéria apesar dessa barreira, permitindo que ganhassem massa a velocidades extraordinárias.

Imagem gerada por computador mostrando o surgimento da estrutura cósmica no início do Universo. Crédito: Dr. John Regan

Os resultados forneceram uma "ligação perdida" entre as primeiras estrelas e os buracos negros supermassivos que surgiram muito mais tarde. 

“Antes, acreditava-se que esses minúsculos buracos negros eram pequenos demais para se transformarem nos gigantescos buracos negros observados no centro das galáxias primitivas”, diz Daxal Mehta. “O que mostramos aqui é que esses buracos negros primitivos, embora pequenos, são capazes de crescer de forma espetacularmente rápida, dadas as condições certas”, acrescenta.

Repensando as “sementes” dos buracos negros

Os buracos negros são geralmente agrupados em duas categorias principais conhecidas como buracos negros de "semente leve" e buracos negros de "semente pesada". Os buracos negros de semente leve se formam com massas relativamente modestas, tipicamente variando de cerca de dez a algumas centenas de vezes a massa do nosso Sol. Para se tornarem "supermassivos", atingindo milhões de vezes a massa do Sol, esses objetos menores devem passar por longos períodos de crescimento.

Buracos negros com massa inicial elevada seguem um caminho muito diferente. Acredita-se que eles se formem já enormes, com massas iniciais que podem chegar a cem mil vezes a massa do Sol.

Durante muitos anos, os astrônomos acreditaram que somente esses buracos negros massivos iniciais poderiam explicar os buracos negros supermassivos encontrados nos centros da maioria das grandes galáxias, já que seu grande tamanho inicial tornava o rápido crescimento mais fácil de explicar.

“Agora já não temos tanta certeza”, diz o Dr. John Regan, do Departamento de Física da MU e líder do grupo de pesquisa. “Sementes pesadas são um tanto mais exóticas e podem precisar de condições raras para se formar. Nossas simulações mostram que buracos negros de massa estelar, comuns em muitos lugares, podem crescer a taxas extremas no início do Universo.”

A pesquisa da MU reformula a compreensão das origens dos buracos negros, mas também destaca a importância das simulações de alta resolução para desvendar os segredos mais antigos do Universo.

“O Universo primitivo é muito mais caótico e turbulento do que esperávamos, com uma população muito maior de buracos negros massivos do que prevíamos”, afirma o Dr. Regan.

Implicações para futuras missões espaciais

Os resultados também têm implicações para a importante missão conjunta da Agência Espacial Europeia e da NASA, a Laser Interferometer Space Antenna (LISA), com lançamento previsto para 2035.

“Observações futuras de ondas gravitacionais dessa missão poderão detectar a fusão desses minúsculos buracos negros jovens, em estágio inicial de rápido crescimento”, afirma o Dr. Regan.

Scitechdaily.com