Quinta-feira, Fevereiro 22

Como criar um buraco negro do nada

Quantas maneiras existem de sair deste universo?

Talvez a saída mais conhecida envolva a morte de uma estrela. Em 1939, o físico J. Robert Oppenheimer e seu aluno Hartland Snyder, da Universidade da Califórnia, Berkeley, previram que quando uma estrela suficientemente massiva fica sem combustível termonuclear, ela entra em colapso para dentro e continua a colapsar para sempre, envolvendo o espaço, o tempo e o espaço. . luz ao seu redor no que hoje é chamado de buraco negro.

Mas acontece que pode não ser necessária uma estrela morta para formar um buraco negro. Em vez disso, pelo menos no início do Universo, nuvens gigantes de gás primordial podem ter colapsado diretamente em buracos negros, evitando milhões de anos passados ​​no estrelato.

Esta é a conclusão provisória a que chegou recentemente um grupo de astrónomos que estuda o UHZ-1, um ponto de luz que remonta a pouco depois do Big Bang. Na verdade, o UHZ-1 é (ou foi) um poderoso quasar que expeliu fogo e raios X de um monstruoso buraco negro há 13,2 mil milhões de anos, quando o Universo ainda não tinha 500 milhões de anos.

Isto é invulgarmente cedo, cosmicamente falando, para um buraco negro tão massivo ter surgido através de colapsos e fusões estelares. Priyamvada Natarajan, astrônomo de Yale e autor principal de um artigo publicado no Astrophysical Journal Letterse os seus colegas afirmam que no UHZ-1 descobriram uma nova espécie celeste, a que chamam galáxia de buraco negro supermassivo, ou OBG. Essencialmente, uma OBG é uma jovem galáxia ancorada por um buraco negro que se tornou demasiado grande e demasiado rápido. .

A descoberta deste quasar primitivo pode ajudar os astrônomos a resolver um quebra-cabeça relacionado que os atormenta há décadas. Quase todas as galáxias visíveis no universo moderno parecem abrigar no seu centro um buraco negro supermassivo milhões ou milhares de milhões de vezes mais massivo que o Sol. De onde vieram esses monstros? Poderiam os buracos negros comuns ter crescido tão grandes e tão rápido?

Natarajan e seus colegas propõem que o UHZ-1, e talvez muitos buracos negros supermassivos, começaram como nuvens primordiais. Estas nuvens poderiam ter colapsado em núcleos que eram precocemente pesados ​​e suficientes para alimentar o crescimento de galáxias com buracos negros supermassivos. São outro lembrete de que o universo que vemos é governado pela geometria invisível das trevas.

“Como o primeiro candidato OBG, o UHZ-1 fornece evidências convincentes da formação de sementes iniciais pesadas a partir do colapso direto no universo primitivo”, escreveram o Dr. Natarajan e colegas. Por e-mail, ele acrescentou: “A natureza parece produzir sementes BH de muitas maneiras, além da simples morte estelar!”

Daniel Holz, um teórico da Universidade de Chicago que estuda buracos negros, disse: “Priya encontrou um buraco negro extremamente excitante, se for verdade”.

Ele acrescentou: “É simplesmente muito grande, muito cedo. É como olhar para uma sala de aula do jardim de infância e entre todas as crianças de 5 anos há uma que pesa 150 quilos e/ou um metro e oitenta de altura.”

De acordo com a história que os astrónomos contam sobre a evolução do Universo, as primeiras estrelas condensaram-se a partir de nuvens de hidrogénio e hélio que sobraram do Big Bang. Eles queimaram quente e rápido, explodindo rapidamente e colapsando em buracos negros 10 a 100 vezes mais massivos que o sol.

Ao longo de eras, gerações sucessivas de estrelas formaram-se a partir das cinzas de estrelas anteriores, enriquecendo a química do cosmos. E os buracos negros que sobraram das suas mortes continuaram a fundir-se e a crescer de alguma forma, até se tornarem buracos negros supermassivos nos centros das galáxias.

O Telescópio Espacial James Webb, lançado há dois anos neste Natal, foi concebido para testar esta ideia. Possui o maior espelho do espaço, com 21 pés de diâmetro. Mais importante ainda, foi concebido para registar os comprimentos de onda infravermelhos da luz das estrelas mais distantes e, portanto, mais antigas do Universo.

Mas assim que o novo telescópio apontou para o céu, viu novas galáxias tão massivas e brilhantes que desafiaram as expectativas dos cosmólogos. Ao longo dos últimos anos, surgiram discussões sobre se estas observações realmente ameaçam um modelo de longa data do cosmos. O modelo descreve o universo como composto por traços de matéria visível, quantidades surpreendentes de “matéria escura”, que fornece a gravidade para manter as galáxias unidas, e “energia escura”, que separa essas galáxias.

A descoberta do UHZ-1 representa um ponto de viragem nestes debates. Em preparação para uma futura observação pelo Telescópio Espacial James Webb de um enorme aglomerado de galáxias na constelação do Escultor, a equipe do Dr. Natarajan solicitou tempo no Observatório de Raios-X Chandra da NASA. A massa do aglomerado atua como uma lente gravitacional, ampliando objetos muito atrás dele no espaço e no tempo. Os pesquisadores esperavam vislumbrar nos raios X tudo o que a lente poderia mostrar.

O que encontraram foi um quasar alimentado por um buraco negro supermassivo cerca de 40 milhões de vezes mais massivo que o Sol. Outras observações feitas com o telescópio Webb confirmaram que estava a 13,2 mil milhões de anos-luz de distância. (O aglomerado do Escultor está a cerca de 3,5 bilhões de anos-luz de distância.) Foi o quasar mais distante e antigo já encontrado no universo.

“Precisávamos do Webb para encontrar esta galáxia notavelmente distante e do Chandra para encontrar o seu buraco negro supermassivo”, disse Akos Bogdan, do Harvard and Smithsonian Center for Astrophysics, num comunicado de imprensa. “Também aproveitamos uma lupa cósmica que aumentou a quantidade de luz que detectamos”.

Os resultados indicam que buracos negros supermassivos já existiam 470 milhões de anos após o Big Bang. Isso não é tempo suficiente para permitir que os buracos negros criados pela primeira geração de estrelas (que começou entre 10 e 100 massas solares) crescessem tanto.

Haveria outra maneira de criar buracos negros ainda maiores? Em 2017, o Dr. Natarajan sugeriu que o colapso das nuvens de gás primordial poderia ter dado origem a buracos negros com mais de 10.000 vezes mais massa que o Sol.

“Então podemos imaginar um deles crescendo subsequentemente até se tornar um buraco negro jovem e precocemente grande”, disse o Dr. Como resultado, observou ele, “em cada momento subsequente na história do universo sempre existirão buracos negros surpreendentemente grandes”.

O Dr. Natarajan disse: “O facto de estes terem começado em vida supermassivos implica que provavelmente acabarão por evoluir para buracos negros supermassivos.” Mas ninguém sabe como isso funciona. Los agujeros negros constituyen el 10 por ciento de la masa del quásar temprano UHZ-1, mientras que componen menos de una milésima de por ciento de la masa de las galaxias modernas como la gigante Messier 87, cuyo agujero negro pesaba 6,5 ​​por cento. bilhões de massas solares quando sua fotografia foi tirada pelo Event Horizon Telescope em 2019.

Isto sugere que complicados efeitos de feedback ambiental dominam o crescimento e a evolução destas galáxias e dos seus buracos negros, fazendo com que a sua massa aumente em estrelas e gás.

“Portanto, na verdade, esses OBGs extremamente iniciais estão na verdade telegrafando muito mais informações e iluminando a semente da física, em vez do crescimento e evolução posteriores”, disse o Dr. E acrescentou: “Embora tenham implicações importantes”.

Dr. Holz disse: “Seria certamente ótimo se isso acontecesse, mas sou genuinamente agnóstico”. Ele acrescentou: “Será uma história fascinante, não importa como resolvermos o mistério dos primeiros grandes buracos negros”.