Ao longo dos últimos anos, como temos sido capazes de olhar para trás cada vez mais fundo no universo primitivo, os astrônomos têm descoberto algo extremamente intrigante.
Antes do Universo ter um bilhão de anos, buracos negros gigantes até mais de um bilhão de vezes a massa do Sol já havia se formado de alguma forma. Dado o que sabemos sobre a formação e o crescimento de buracos negros, a presença e o tamanho desses behemoths é extremamente desafiador de explicar. Como eles chegaram lá, logo depois do Big Bang? E como eles ficaram tão grandes?
Agora, simulações de supercomputadores revelaram uma origem que explica como eles se formaram sem a necessidade de condições exóticas: raros reservatórios de gás frio turbulento que colapsaram em estrelas mais massivas do que qualquer coisa no Universo hoje. Estas teriam sido as sementes enormes que se tornaram buracos negros supermassivos.
“Encontramos buracos negros supermassivos nos centros da maioria das galáxias massivas hoje, que podem ter milhões ou bilhões de vezes a massa do Sol. Mas em 2003 começamos a encontrar quasares – buracos negros supermassivos altamente luminosos e de acreção ativa que são como faróis cósmicos no início do universo ? que existiam menos de um bilhão de anos após o Big Bang”, disse o cosmólogo Daniel Whalen, da Universidade de Portsmouth, no Reino Unido.
“Ninguém entendia como eles se formavam por tão cedo tempos. Essa descoberta é particularmente emocionante porque derrubou 20 anos de pensamento sobre a origem dos primeiros buracos negros supermassivos no Universo.”
Existem duas escolas principais de pensamento sobre como buracos negros supermassivos se formam. O primeiro é o modelo de baixo para cima. Uma única estrela massiva morre, geralmente deixando para trás um buraco negro até cerca de 100 vezes a massa do Sol.
Com o tempo – muito e muito tempo – o buraco negro arrasta um monte de material, crescendo cada vez mais até que seja de milhões a bilhões de vezes a massa do Sol. Isso é extremamente difícil de se reconciliar com quasares no universo primitivo.
A outra opção é se você começar com um grande buraco negro “semente”, até 100.000 vezes a massa do Sol. As estrelas que entraram em colapso para formar esses buracos negros teriam tido vidas cósmicas muito, muito curtas, talvez 250.000 anos, antes de entrar em colapso em um buraco negro.
Não há estrelas conhecidas dessa massa por aqui hoje, e não sabemos de nenhum mecanismo de formação atual que possa produzi-las. Mas simulações mostraram que no início do Universo, quando as condições eram bastante diferentes das condições de hoje, teoricamente tais estrelas poderiam ter se formado nas junções de fluxos raros, mas poderosos de gás denso, turbulento e frio.
Os cosmólogos pensaram que seria preciso algumas condições verdadeiramente exóticas, como fundos de forte radiação ultravioleta, ou fluxos supersônicos entre gás e matéria escura. E nenhuma dessas condições exóticas se assemelhava aos ambientes em que esses quasares do Universo primitivo foram encontrados.
Liderados pelo astrofísico Muhammad Latif é da Universidade dos Emirados Árabes Unidos nos Emirados Árabes Unidos, os pesquisadores realizaram simulações dos fluxos de gás, e ficaram encantados ao descobrir que buracos negros supermassivos se formaram nas intersecções desses córregos espontaneamente, sem a necessidade de condições exóticas.
Na simulação, a turbulência gerada pelos fluxos interseccionais impede que estrelas normais, como as que vemos hoje, se formem. Normalmente, isso acontece quando um nó denso de material em uma nuvem fria entra em colapso sob a gravidade para formar uma estrela bebê, mas quando há muita turbulência, as condições não são estáveis o suficiente para que isso ocorra.
No entanto, eventualmente, a nuvem na simulação cresceu tão grande que entrou em colapso catastroficamente em duas estrelas gigantescas, marcando 31.000 e 40.000 vezes a massa do Sol.
À medida que o gás dos córregos continua a se alimentar nas nuvens, um buraco negro supermassivo bilhões de vezes a massa do Sol pode se formar e crescer em apenas algumas centenas de milhões de anos.
“Consequentemente, as únicas nuvens primordiais que poderiam formar um quasar logo após o amanhecer cósmico ? quando as primeiras estrelas do Universo se formaram ? também convenientemente criaram suas próprias sementes maciças. Este resultado simples e bonito não só explica a origem dos primeiros quasares, mas também sua demografia ? seus números nos primeiros tempos”, concluiu Whalen.
“Os primeiros buracos negros supermassivos foram simplesmente uma consequência natural da formação de estruturas em cosmologias de matéria escura fria ? crianças da teia cósmica.”
Publicado em 14/07/2022 11h02
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