Simulações em computador conduzidas por astrofísicos da Universidade Tohoku, no Japão, revelaram uma nova teoria para a origem de buracos negros supermassivos. Nesta teoria, os precursores de buracos negros supermassivos crescem engolindo não apenas gás interestelar, mas também estrelas menores. Isso ajuda a explicar o grande número de buracos negros supermassivos observados hoje.
Quase todas as galáxias do universo moderno têm um buraco negro supermassivo no centro. Às vezes, suas massas podem chegar a 10 bilhões de vezes a massa do sol. No entanto, sua origem ainda é um dos grandes mistérios da astronomia. Uma teoria popular é o modelo de colapso direto, onde nuvens primordiais de gás interestelar colapsam sob a gravidade própria para formar estrelas supermassivas que depois evoluem para buracos negros supermassivos. Porém, estudos anteriores mostraram que o colapso direto funciona apenas com gás puro, composto apenas de hidrogênio e hélio.
Elementos mais pesados, como carbono e oxigênio, alteram a dinâmica do gás, fazendo com que o gás em colapso se fragmente em muitas nuvens menores que formam suas próprias estrelas pequenas, em vez de algumas estrelas supermassivas. Já o colapso direto do gás puro não pode explicar o grande número de buracos supermassivos vistos hoje.
Sunmyon Chon, pós-doutorado na Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência e Universidade Tohoku, e sua equipe usaram o observatório astronômico nacional do supercomputador do Japão “ATERUI II” para realizar simulações em 3D de alta resolução a longo prazo para testar a possibilidade de que estrelas supermassivas podem se formar mesmo em gás enriquecido com elementos pesados.
A formação de estrelas em nuvens de gás, incluindo elementos pesados, tem sido difícil de simular devido ao custo computacional de simular a divisão violenta do gás, mas os avanços no poder de computação, especificamente a alta velocidade de cálculo de “ATERUI II” encomendada em 2018, permitiram à equipe para superar esse desafio. Essas novas simulações permitem estudar a formação de estrelas a partir de nuvens de gás com mais detalhes.
Ao contrário das previsões anteriores, a equipe de pesquisa descobriu que estrelas supermassivas ainda podem se formar a partir de nuvens de gás enriquecidas com elementos pesados. Como esperado, a nuvem de gás se rompe violentamente e muitas estrelas menores se formam.
No entanto, há um forte fluxo de gás em direção ao centro da nuvem; as estrelas menores são arrastadas por esse fluxo e são engolidas pelas estrelas massivas no centro. As simulações resultaram na formação de uma estrela massiva 10.000 vezes mais massiva que o Sol.
“É a primeira vez que mostramos a formação de um precursor de buraco negro tão grande em nuvens enriquecidas com elementos pesados. Acreditamos que a estrela gigante assim formada continuará a crescer e evoluir para um buraco negro gigante”, diz Chon. Este novo modelo mostra que não apenas o gás primordial, mas também o gás que contém elementos pesados podem formar estrelas gigantes, que são as sementes dos buracos negros. “Nosso novo modelo é capaz de explicar a origem de mais buracos negros do que os estudos anteriores, e esse resultado leva a um entendimento unificado da origem dos buracos negros supermassivos”, diz Kazuyuki Omukai, professor da Universidade Tohoku.
Publicado em 03/06/2020 05h41
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