Os gigantescos buracos negros supermassivos no centro de aparentemente todas as galáxias estão entre os objetos mais fascinantes e extremos conhecidos pela astronomia e cosmologia modernas. Com massas bem superiores a milhões, e às vezes bilhões a de nosso Sol, é quase impossível compreender o tamanho extraordinário desses leviatãs celestes. Um dos grandes mistérios da astrofísica moderna é responder como esses objetos enormes começaram.
Em um comunicado à imprensa publicado em 10 de março, os pesquisadores propõem que as origens dos buracos negros supermassivos podem estar nas estrelas extintas de primeira geração, com massas muito acima das estrelas mais massivas do Universo moderno. Eles não apenas propõem que tais gigantes existam, mas também sugerem que encontraram uma maneira de detectar um subconjunto específico dessas estrelas. Essa descoberta se deve ao nosso velho amigo, a Teoria Geral da Relatividade de Einstein.
As estrelas mais massivas do Universo hoje pesam cerca de 150 massas solares. Acredita-se que as estrelas supermassivas primordiais sejam a origem ou a semente de buracos negros supermassivos, ordens de magnitude mais massivas. Estamos falando na faixa de massa solar de 10.000-100.000! Quando as estrelas entram nesse regime de massa, seu comportamento é marcadamente diferente do de estrelas mais modernas e de massa modesta.
Quando essas vastas estrelas queimam no final de suas vidas, a gravidade é tão forte que elas podem colapsar diretamente em um buraco negro sem as espetaculares explosões de supernova que associamos com a morte massiva de estrelas hoje. Isso representa um problema real quando se trata de detectar esses eventos. Obviamente, os buracos negros são escuros e, sem uma supernova brilhante e característica, essas estrelas extremas seriam praticamente indetectáveis. Tenha em mente que, uma vez que essas estrelas só existiram por um curto período de tempo, durante os primeiros estágios da formação de galáxias no jovem Universo. Só podemos ver seus bairros olhando bilhões de anos-luz de distância e, portanto, bilhões de anos no passado.
Falei com um dos principais pesquisadores sobre a solução engenhosa e relativista para esse mistério aparentemente insolúvel. O Dr. Ke-Jung Chen, do Instituto Academia Sinica de Astronomia e Astrofísica em Taipei, Taiwan, comentou sobre um “ponto ideal” na massa dessas estrelas revelado por extensa modelagem.
“O modelo mostrou que em cerca de 55.000 massas solares, havia um comportamento muito interessante devido à relatividade geral.” Chen explicou: “? porque Einstein diz que a energia de tudo, fótons, gás, etc., contribui para o campo gravitacional. A pressão começa a contribuir para o campo gravitacional … inicia uma violenta reação nuclear e, em seguida, libera uma grande quantidade de energia e uma explosão de supernova.”
O Dr. Chen explicou que isso ocorre apenas no ponto ideal de 55.000 massas solares. Menos do que isso e a contribuição relativística é muito pequena para causar essas reações nucleares violentas em particular. Mais e a gravidade é tão extrema que tudo acaba dentro do buraco negro e tudo o que vemos é escuridão. Com bilhões de galáxias na borda do universo observável, é incrivelmente provável que pelo menos alguns desses goldilocks de 55.000 supernovas de massa solar sejam detectáveis.
Outra questão que vem imediatamente à mente quando consideramos esses gigantes estelares primordiais: por que não vemos estrelas desse tamanho no Universo moderno?
“Acreditamos que uma estrela supermassiva só pode se formar no início do Universo. Isso ocorre por causa dos metais, ou seja, outros elementos além do hidrogênio e do hélio. No Big Bang, temos apenas hidrogênio e hélio e uma pequena quantidade de lítio. Não temos carbono, oxigênio, elementos necessários para fazer vida, etc. Como esses elementos (metais) têm grandes números atômicos e muitos elétrons em suas órbitas, eles podem formar moléculas e compostos. Isso resfriará o gás (circundante) de forma eficiente, levando ao colapso e à formação de um aglomerado de estrelas.” Essencialmente, sem elementos pesados que conduzam ao resfriamento local e condensação de nuvens de gás, um grande volume de gás no ambiente predominantemente de hidrogênio e hélio do Universo inicial tem maior probabilidade de colapsar em uma estrela supermassiva em vez de uma multidão de estrelas, como vemos em os aglomerados abertos do Universo moderno. Essa conversa também destaca um hábito divertido dos astrônomos que enlouquece alguns químicos, que é se referir a todos os elementos mais pesados que o hidrogênio e o hélio como metais!
Chen descreveu suas esperanças de detectar as supernovas características dessas estrelas supermassivas cuja massa pousa bem no ponto ideal de 55.000 massas solares. “Essas observações são possíveis, especialmente para o futuro Telescópio Espacial James Webb.” Nesse caso, as observações lançarão luz sobre a própria natureza da formação da galáxia e da própria evolução.
A natureza fundamental dos buracos negros supermassivos pode estar ligada a essas estrelas supermassivas. As supernovas do ponto ideal podem iluminar o caminho para uma nova era da cosmologia. O Dr. Chen irradia curiosidade e paixão pela descoberta e exploração ao descrever sua pesquisa. É difícil não sentir a mesma sensação de entusiasmo, tanto pelas fantásticas realizações observacionais e teóricas que nos trouxeram até aqui, quanto pelas descobertas massivas (trocadilhos) que estão por vir.
Publicado em 21/03/2021 08h31
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