O universo primitivo sobrecarregou o crescimento do buraco negro

Segundo a equipe, a resposta está nas condições extremas e caóticas do universo primitivo.

“Descobrimos que as condições caóticas que existiam no Universo primitivo desencadearam o crescimento de buracos negros mais pequenos e iniciais até se tornarem buracos negros supermassivos que vemos mais tarde, após um frenesim que devorou ​​material à sua volta,” diz Daxal Mehta, candidato a doutoramento no Departamento de Física da Universidade de Maynooth e principal autor do estudo.

Crescimento rápido após o Big Bang

Usando simulações computacionais avançadas, os pesquisadores reconstruíram como os primeiros buracos negros se comportavam logo após sua formação.

“Revelámos, utilizando simulações computacionais de última geração, que a primeira geração de buracos negros – aqueles que nasceram apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang – cresceu incrivelmente rápido, atingindo dezenas de milhares de vezes o tamanho do nosso Sol.”

Estes resultados ajudam a explicar as observações intrigantes feitas pelo Telescópio Espacial James Webb, que detectou buracos negros massivos que existiam muito antes do que muitas teorias previam.

“Esta descoberta desvenda um dos grandes quebra-cabeças da astronomia”, diz o Dr. Lewis Prole, pós-doutorado no MU e membro da equipe de pesquisa. “Foi assim que os buracos negros nascidos no Universo primordial, observados pelo Telescópio Espacial James Webb, conseguiram atingir tamanhos tão supermassivos tão rapidamente.”

Um Frenesi Alimentador de Buraco Negro

As simulações apontam para galáxias primitivas densas e ricas em gás como o principal impulsionador deste rápido crescimento. Nestes ambientes, os buracos negros experimentaram surtos de crescimento breves mas intensos através de um processo conhecido como “super acreção de Eddington”. Isso acontece quando um buraco negro atrai matéria mais rápido do que a física convencional sugere que deveria ser capaz.

Em condições normais, a radiação do material em queda afastaria o gás. No entanto, no início do Universo, os buracos negros de alguma forma continuaram a alimentar-se apesar deste limite, permitindo-lhes ganhar massa a taxas extraordinárias.

Este processo parece fornecer uma ligação há muito perdida entre as primeiras estrelas do Universo e os buracos negros supermassivos vistos mais tarde nos centros das galáxias.

Repensando as origens do buraco negro

“Anteriormente, pensava-se que estes minúsculos buracos negros eram demasiado pequenos para se transformarem nos gigantescos buracos negros observados no centro das primeiras galáxias,” diz Daxal Mehta. “O que mostrámos aqui é que estes buracos negros primitivos, embora pequenos, são capazes de crescer de forma espetacularmente rápida, dadas as condições certas.”

Os astrónomos classificam os primeiros buracos negros em duas categorias gerais conhecidas como tipos de “sementes pesadas” e “sementes leves”. Os buracos negros de sementes leves começam com massas relativamente modestas, variando de cerca de dez a algumas centenas de vezes a massa do nosso Sol. Para se tornarem supermassivos, devem crescer dramaticamente ao longo do tempo, atingindo eventualmente milhões de massas solares.

Pensa-se que buracos negros de sementes pesadas, por outro lado, já se formam grandes, pesando potencialmente até cem mil vezes a massa do Sol no nascimento.

Desafiando suposições de longa data

Até agora, muitos cientistas acreditavam que apenas buracos negros de sementes pesadas poderiam explicar a presença de buracos negros supermassivos no universo primitivo.

“Agora não temos tanta certeza”, diz o Dr. John Regan, do Departamento de Física da MU e líder do grupo de pesquisa. “As sementes pesadas são um pouco mais exóticas e podem necessitar de condições raras para se formarem. As nossas simulações mostram que os buracos negros de massa estelar da sua ‘variedade de jardim’ podem crescer a taxas extremas no Universo primordial.”

As descobertas sugerem que o cosmos inicial era muito mais turbulento e produtivo no que diz respeito à formação de buracos negros massivos do que se supunha anteriormente.

“O Universo primitivo é muito mais caótico e turbulento do que esperávamos, com uma população de buracos negros massivos muito maior do que prevíamos,” diz o Dr.

Implicações para futuras missões espaciais

Além de remodelar as teorias de formação de buracos negros, a pesquisa também tem implicações para os próximos observatórios espaciais. Em particular, poderia influenciar o que os cientistas esperam ver da missão conjunta Agência Espacial Europeia-NASA Laser Interferometer Space Antenna (LISA), programada para lançamento em 2035.

“As futuras observações de ondas gravitacionais dessa missão poderão ser capazes de detectar as fusões destes pequenos buracos negros, iniciais e de rápido crescimento,” diz o Dr.

Tais detecções ofereceriam uma nova e poderosa forma de estudar os primeiros buracos negros do Universo e confirmar se estes cenários de rápido crescimento se desenrolaram como as simulações sugerem.