Alguns quasares supermassivos se formaram no primeiro bilhão de anos após o Big Bang. Agora, os cientistas sabem o porquê.
Cintilando como faróis cósmicos em uma costa a 13 bilhões de anos-luz da Terra, os quasares são algumas das relíquias mais antigas e brilhantes do universo primitivo que os astrônomos podem detectar hoje.
Abreviação de “fontes de rádio quase estelares”, os quasares são buracos negros gigantescos que brilham tão intensamente quanto as galáxias e são milhões a bilhões de vezes mais massivos que o sol da Terra. Hoje, quasares existem nos centros de muitas grandes galáxias. Mas, graças à sua luminosidade excepcional, os quasares foram rastreados ao longo do espaço-tempo, com cerca de 200 deles identificados como se formando nos primeiros bilhões de anos da história do nosso universo.
Como esses objetos massivos puderam se formar tão cedo, quando as galáxias eram esparsas e as estrelas grandes eram excepcionalmente raras? A questão atormenta os pesquisadores há mais de duas décadas, desde que os primeiros quasares foram identificados – e agora, um novo estudo publicado em 6 de julho na revista Nature (abre em nova guia), pode fornecer uma resposta há muito procurada.
Usando uma simulação de computador, os pesquisadores modelaram a formação de estrelas no início do universo, concentrando-se em uma das raras junções onde duas correntes de gás frio e turbulento se encontraram. Enquanto correntes de gás formador de estrelas cruzam o universo como as interestaduais cósmicas hoje, as “nuvens” naturais ou reservatórios onde duas correntes se encontravam eram extremamente raras no primeiro bilhão de anos após o Big Bang, tornando-as tentadoras, mas evasivas áreas de estudo.
Na simulação, dois grandes “aglomerados” de gás formador de estrelas se acumularam no centro desses fluxos ao longo de milhões de anos. Mas, para surpresa da equipe, esses aglomerados nunca se uniram em estrelas de tamanho normal, como os modelos anteriores do universo primitivo previam.
“As correntes frias causaram turbulência na nuvem [de gás] que impediu a formação de estrelas normais até que a nuvem se tornasse tão massiva que colapsava catastroficamente sob seu próprio peso, formando duas gigantescas estrelas primordiais”, co-autor do estudo Daniel Whalen, professor sênior em cosmologia da Universidade de Portsmouth, na Inglaterra, disse em um comunicado (abre em nova guia). “Uma [estrela] tinha 30.000 massas solares e outra tinha 40.000.”
Estudos anteriores estimaram que um quasar deve medir de 10.000 a 100.000 massas solares em seu nascimento. Se for esse o caso, ambas as gigantescas estrelas primordiais da nova simulação podem ser “sementes” viáveis para os primeiros quasares do universo, escreveram os autores do estudo.
Na verdade, é possível que ambas as grandes estrelas tenham colapsado em buracos negros quase instantaneamente e depois continuado a engolir gás à medida que se transformam em quasares supermassivos como os que os cientistas detectaram no início do universo. À medida que os buracos negros monstruosos continuam a crescer, eles podem até se fundir, liberando uma torrente de ondulações no espaço-tempo conhecidas como ondas gravitacionais, escreveram os pesquisadores. É possível que os cientistas possam até detectar essas ondas usando observatórios especiais nas próximas décadas, potencialmente confirmando os resultados da simulação.
Se confirmada, essa pesquisa derrubaria décadas de pensamento sobre a formação de estrelas no início do universo. Estudos anteriores sugeriram que grandes estrelas primordiais poderiam se formar apenas em ambientes extremos onde forças externas, como forte radiação ultravioleta, poderiam impedir a formação de estrelas menores. Esta nova simulação mostra, no entanto, que tais ambientes exóticos podem não ser necessários. As sementes dos quasares podem surgir naturalmente onde raros fluxos de gás frio se encontram.
“Os primeiros buracos negros supermassivos foram simplesmente uma consequência natural da formação de estruturas [no início do universo] – filhos da teia cósmica”, disse Whalen.
Publicado em 17/07/2022 19h02
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