Quantos buracos negros existem no Universo? Esta é uma das questões mais relevantes e urgentes da astrofísica e cosmologia modernas.
A intrigante questão foi recentemente abordada pelo SISSA Ph.D. aluno Alex Sicilia, orientado pelo Prof. Andrea Lapi e Dr. Lumen Boco, juntamente com outros colaboradores do SISSA e de outras instituições nacionais e internacionais. Em um primeiro artigo de uma série recém-publicada no The Astrophysical Journal, os autores investigaram a demografia de buracos negros de massa estelar, que são buracos negros com massas entre algumas e algumas centenas de massas solares, que se originaram no final da vida de estrelas massivas. De acordo com a nova pesquisa, uma quantidade notável de cerca de 1% da matéria comum (bariônica) geral do Universo está trancada em buracos negros de massa estelar. Surpreendentemente, os pesquisadores descobriram que o número de buracos negros dentro do Universo observável (uma esfera de diâmetro em torno de 90 bilhões de anos-luz) atualmente é de cerca de 40 trilhões, 40 bilhões de bilhões (ou seja, cerca de 40 x 1018, ou seja, 4 seguido por 19 zeros!).
Um novo método para calcular o número de buracos negros
Como explicam os autores da pesquisa: “Este importante resultado foi obtido graças a uma abordagem original que combina o código de evolução estelar e binário de última geração SEVN desenvolvido pelo pesquisador do SISSA Dr. Mario Spera a prescrições empíricas para propriedades das galáxias, especialmente a taxa de formação de estrelas, a quantidade de massa estelar e a metalicidade do meio interestelar (que são todos elementos importantes para definir o número e as massas dos buracos negros estelares). abordagem consistente, graças à sua nova abordagem de computação, os pesquisadores derivaram o número de buracos negros estelares e sua distribuição de massa ao longo de toda a história do Universo. Alex Sicilia, primeiro autor do estudo, comenta: “O caráter inovador deste O trabalho está no acoplamento de um modelo detalhado de evolução estelar e binária com receitas avançadas para formação de estrelas e enriquecimento de metais em g individuais alaxes. Este é um dos primeiros e um dos mais robustos cálculos ab initio da função de massa do buraco negro estelar ao longo da história cósmica.”
Qual é a origem da maioria dos buracos negros estelares massivos?
A estimativa do número de buracos negros no Universo observável não é a única questão investigada pelos cientistas nesta pesquisa. Em colaboração com o Dr. Ugo Di Carlo e Prof. Michela Mapelli da Universidade de Pádua, eles também exploraram os vários canais de formação de buracos negros de diferentes massas, como estrelas isoladas, sistemas binários e aglomerados estelares. De acordo com seu trabalho, os buracos negros estelares mais massivos se originam principalmente de eventos dinâmicos em aglomerados estelares. Especificamente, os pesquisadores mostraram que esses eventos são necessários para explicar a função de massa dos buracos negros coalescentes, conforme estimado a partir de observações de ondas gravitacionais pela colaboração LIGO/Virgo.
Lumen Boco, coautor do artigo, comenta: “Nosso trabalho fornece uma teoria robusta para a geração de sementes leves para buracos negros (super)massivos com alto desvio para o vermelho e pode constituir um ponto de partida para investigar a origem de ‘sementes pesadas’. ‘, que prosseguiremos em um próximo artigo.
Um trabalho multidisciplinar realizado no âmbito do “BiD4BESt – Big Data Application for Black Hole Evolution Studies”
Profa. Andrea Lapi, orientadora da Sicilia e coordenadora do doutorado. em Astrofísica e Cosmologia no SISSA, acrescenta: “Esta pesquisa é realmente multidisciplinar, cobrindo aspectos e exigindo conhecimentos em astrofísica estelar, formação e evolução de galáxias, ondas gravitacionais e astrofísica multi-mensageiro; como tal, precisa de esforços colaborativos de vários membros da o grupo SISSA Astrofísica e Cosmologia, e uma forte rede com colaboradores externos.”
O trabalho de Alex Sicilia ocorre no contexto de um prestigiado Projeto de Rede de Treinamento Inovador “BiD4BESt – Big Data Application for Black Hole Evolution Studies” co-PIed pela Prof. pela União Europeia com cerca de 3,5 milhões de euros no total; envolve vários parceiros acadêmicos e industriais, para fornecer Ph.D. treinamento para 13 pesquisadores em estágio inicial na área de formação e evolução de buracos negros, explorando técnicas avançadas de ciência de dados.
Publicado em 22/01/2022 09h35
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