O aparecimento de buracos negros supermassivos no alvorecer do Universo tem intrigado os astrônomos desde a sua descoberta há mais de uma década atrás.
© Georgia Tech/John Wise (buraco negro recebe radiação de uma galáxia vizinha)
Pensa-se que um buraco negro supermassivo se forme ao longo de bilhões de anos, mas foram avistados mais de duas dúzias destes gigantes 800 milhões de anos após o Big Bang, que ocorreu há 13,8 bilhões de anos atrás.
Num novo estudo, uma equipe de pesquisadores da Universidade da Cidade de Dublin, de Georgia Tech, da Universidade de Columbia e da Universidade de Helsinque acrescenta evidências a uma teoria de como estes buracos negros antigos, aproximadamente bilhões de vezes mais massivos que o nosso Sol, podem ter-se formado e ganho massa rapidamente.
Em simulações de computador, os pesquisadores 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 Zoltan Haiman, professor de astronomia da Universidade de Columbia. "Algumas centenas de milhões de anos depois, cresceu para um buraco negro supermassivo com bilhões de massas solares. Este crescimento é muito mais rápido do que era esperado."
No início do Universo, as estrelas e as galáxias formaram-se à medida que o hidrogênio molecular arrefecia e esvaziavam um plasma primordial de hidrogênio e hélio. Este ambiente teria limitado os buracos negros de crescer muito, pois o hidrogênio molecular gasoso produzia estrelas longe o suficiente para escapar à atração gravitacional dos buracos negros. Os astrônomos descobriram várias maneiras pelas quais os buracos negros supermassivos podem ter superado esta barreira.
Num estudo de 2008, Haiman e colegas levantaram a hipótese de que a radiação de uma galáxia gigante vizinha podia dividir o hidrogênio molecular em hidrogênio atômico e fazer com que o buraco negro nascente e a sua galáxia progenitora colapsassem ao invés de formar novos aglomerados estelares.
Um estudo posterior liderado por Eli Visbal, no momento pesquisador de 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, pesquisador de 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 calculando valores num supercomputador, os cientistas descobriram que a galáxia vizinha podia ser menor 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 John Wise, professor do Colégio de Física do Georgia Institute of Technology.
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 pesquisadores 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 menores 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.
Este estudo foi publicado na revista Nature Astronomy.
Fonte: Georgia Institute of Technology
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