Um dos enigmas mais duradouros da astronomia é como os buracos negros ficaram tão grandes em tão curto período de tempo cósmico. Os cientistas sabem há muito tempo que buracos negros supermassivos existiram surpreendentemente cedo no universo, mas como chegaram a esse tamanho massivo ainda não está claro. Agora, um novo estudo publicado por investigadores da Universidade Maynooth (MU), na Irlanda, forneceu uma explicação inovadora. Astronomia da Natureza.
Segundo a equipe, a resposta está nas condições extremas e caóticas do universo primitivo.
“Descobrimos que as condições caóticas no Universo primitivo desencadearam a transformação de pequenos buracos negros em buracos negros supermassivos que mais tarde vemos após um frenesim que devorou o material à sua volta,” disse Daxal Mehta, candidato a doutoramento no Departamento de Física da Universidade de Maynooth e principal autor do estudo.
Crescimento rápido após o Big Bang
Usando simulações computacionais avançadas, os pesquisadores reconstruíram como os primeiros buracos negros se comportavam logo após sua formação.
“Usando simulações computacionais de última geração, revelamos que a primeira geração de buracos negros – nascidos apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang – cresceu incrivelmente rápido, atingindo vários milhares de vezes o tamanho do nosso Sol.”
Estas descobertas ajudam a explicar observações surpreendentes feitas pelo Telescópio Espacial James Webb, que detectou buracos negros massivos que existiram muito antes do que muitas teorias previam.
“Esta descoberta desvenda um grande puzzle na astronomia,” disse o Dr. Louis Prolle, pós-doutorando no MU e membro da equipa de investigação. “Conforme observado pelo Telescópio Espacial James Webb, os primeiros buracos negros nascidos no universo foram capazes de atingir tamanhos tão grandes tão rapidamente.”
Um buraco negro alimentando frenesi
Simulações apontam para galáxias primitivas densas e ricas em gás como o principal impulsionador deste rápido crescimento. Neste ambiente, os buracos negros experimentam um crescimento breve mas intenso através de um processo conhecido como “super acreção de Eddington”. Isso acontece quando um buraco negro atrai matéria mais rápido do que a física convencional sugere que deveria ser capaz.
Em condições normais, a radiação do material penetrante afastará o gás. No entanto, no início do Universo, os buracos negros continuaram de alguma forma a alimentar-se apesar deste limite, permitindo-lhes ganhar massa a um ritmo invulgar.
Este processo parece fornecer um elo perdido há muito tempo entre as primeiras estrelas do Universo e os buracos negros supermassivos mais tarde vistos nos centros das galáxias.
A origem dos buracos negros revisitada
“Anteriormente, pensava-se que estes minúsculos buracos negros eram demasiado pequenos para se transformarem nos gigantescos buracos negros observados no centro das primeiras galáxias,” disse Daxal Mehta. “O que mostrámos aqui é que estes primeiros buracos negros, embora pequenos, são capazes de crescer espetacularmente rápido, dadas as condições certas.”
Os astrónomos classificam os buracos negros primordiais em duas categorias gerais conhecidas como tipos de “sementes pesadas” e “sementes leves”. Os buracos negros de sementes leves começam com massas relativamente modestas, cerca de dez a várias centenas de vezes a massa do nosso Sol. Para serem supermassivos, devem crescer dramaticamente ao longo do tempo, atingindo eventualmente milhões de massas solares.
Em contraste, já se pensa que os buracos negros de sementes pesadas são massivos, pesando potencialmente até cem mil vezes a massa do Sol no nascimento.
Desafiando suposições de longa data
Até agora, muitos cientistas acreditavam que apenas buracos negros de sementes pesadas poderiam explicar o aparecimento de buracos negros supermassivos no universo primitivo.
“Neste momento não temos tanta certeza,” disse o Dr. John Regan do Departamento de Física do MU e líder da equipa de investigação. “As sementes pesadas são um pouco mais exóticas e podem exigir condições raras para se formarem. As nossas simulações mostram que a sua ‘variedade de jardim’ de buracos negros estelares poderia crescer a taxas extremas no Universo primordial.”
As descobertas indicam que o universo primitivo era muito mais turbulento e produtivo na formação de buracos negros supermassivos do que se supunha anteriormente.
“O universo primitivo era muito mais caótico e turbulento do que esperávamos, com uma população de buracos negros supermassivos muito maior do que esperávamos”, disse o Dr. Regan.
Implicações para futuras missões espaciais
Além de reconstruir a teoria da formação de buracos negros, a pesquisa também tem implicações para os próximos observatórios espaciais. Em particular, poderá afectar o que os cientistas esperam ver da missão conjunta da Agência Espacial Europeia e da NASA com Interferómetro Espacial (LISA), programada para lançamento em 2035.
“As futuras observações de ondas gravitacionais desta missão poderão ser capazes de detectar fusões destes pequenos buracos negros primordiais e de rápida acumulação,” disse o Dr.
Tais detecções proporcionariam uma nova forma poderosa de estudar os buracos negros do Universo primitivo e confirmar se estes cenários de crescimento rápido se desenrolaram como as simulações sugeriram.
