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Estudo tenta explicar origem de buracos negros supermassivos

Talvez os físicos estejam um pouco mais perto de descobrir como os buracos negros supermassivos se formaram na infância do universo. Um novo estudo simulou filamentos de gás da teia cósmica e encontrou uma interação inesperada, que pode explicar o surgimento desses objetos colossais.

O problema dos buracos negros supermassivos

A origem dos buracos negros supermassivos — os que têm milhões a bilhões de vezes a massa do nosso Sol e habitam no coração das galáxias — sempre foi um desafio para os astrônomos. Existem algumas hipóteses, mas nenhuma delas ainda pode ser comprovada.

Sabemos que buracos negros pequenos nascem quando uma estrela relativamente menos massiva (entre 8 a 25 massas solares) morre, e que eles podem evoluir e aumentar à medida que se alimentam, mas como um buraco negro de milhões ou bilhões de massas solares se forma?

O quasar J0313-1806 é um dos objetos mais distantes já observados (Imagem: Robin Dienel/Carnegie Institution For Science)
O quasar J0313-1806 é um dos objetos mais distantes já observados (Imagem: Robin Dienel/Carnegie Institution For Science)

Alguns pesquisadores já cogitaram que pequenos buracos negros de massa estelar teriam se fundido e se alimentado de gás e poeira até atingir os tamanhos atuais, mas isso parece impossível com descobertas mais recentes.

Por exemplo, já foram encontrados quasares (centros galácticos brilhantes nos quais habitam buracos negros supermassivos) de 13,03 bilhões de anos, ou seja, nascidos pouco tempo após o Big Bang. Isso significa que não houve tempo suficiente para um desses objetos crescer tanto por meio de colisões entre buracos negros pequenos.

Uma possível explicação

A nova pesquisa usou simulações computacionais para estudar como o universo primitivo se comportava, em especial os filamentos de teia cósmica — uma espécie de rodovia intergaláctica que “transporta” gás formador de estrelas para as galáxias.

Nos primeiros milhões de anos após o Big Bang, esses filamentos eram, na verdade, apenas fluxos de gás frio e turbulento que, às vezes, se encontravam. Esses encontros formariam nuvens turbulentas, algo extremamente raro no primeiro bilhão de anos do universo.

Simulação da formação de um quasar primordial (Imagem: Reprodução/Universidade de Portsmouth)
Simulação da formação de um quasar primordial (Imagem: Reprodução/Universidade de Portsmouth)

Foi exatamente isso que os cientistas observaram nas simulações. Eles viram dois grandes aglomerados de gás formador de estrelas se encontrando e evoluindo no centro desses fluxos ao longo de milhões de anos. Então, veio uma surpresa: eles não geraram estrelas normais, mas estrelas super gigantes, contrariando os modelos astronômicos atuais.

Os fluxos frios causaram ainda mais turbulência na nuvem, impedindo a formação de estrelas normais, de acordo com o coautor do estudo Daniel Whalen, professor da Universidade de Portsmouth, “até que a nuvem se tornasse tão massiva que colapsou catastroficamente sob seu próprio peso, formando duas gigantescas estrelas primordiais”.

Uma dessas estrelas gigantes da simulação tinham nada menos que 40 mil massas solares, enquanto a segunda tinha 30 mil. Nenhuma teoria aceita hoje previa algo assim, mas a simulação, baseada nas restrições de parâmetros já bem estabelecidas e na física que conhecemos do universo, trouxe este resultado.

Mais interessante ainda é que estudos anteriores estimaram que um quasar deve ter entre de 10 mil a 100 mil massas solares durante sua formação, o que está mais ou menos de acordo com os resultados encontrados. Essas estrelas primordiais poderiam ter colapsado imediatamente em buracos negros que se alimentaram do gás ao redor e, finalmente, se fundiram.

Simulação da formação de um quasar em várias etapas e diferentes tipos de medição. À esquerda a densidade e à direita a temperatura (Imagem: Reprodução/Universidade de Portsmouth)
Simulação da formação de um quasar em várias etapas e diferentes tipos de medição. À esquerda a densidade e à direita a temperatura (Imagem: Reprodução/Universidade de Portsmouth)

Cientistas têm alguns axiomas para orientar seus métodos de estudos, tais como “a explicação mais simples provavelmente é a correta”, então estudos como este trazem hipóteses bem tentadoras. Mas isso não basta — são necessários mais estudos teóricos e observações para que a ideia seja comprovada (ou descartada).

Felizmente, um dos objetivos do telescópio James Webb é justamente observar objetos extremamente distantes, como quasares antigos, para que cientistas tentem aprender mais sobre como eles se formaram. Pode ser que ainda nesta década eles encontrem pistas mais concretas para resolver este enigma.

O artigo foi publicado na revista Nature.

Fonte: Canaltech

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