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Astrônomos próximos de revelar detalhes da formação de Buracos Negros Supermassivos!

Os buracos negros mais recentes se formam após o colapso de estrelas massivas, onde suas massas superam a do Sol em algumas ordens de grandeza. Mas de onde vêm os buracos negros supermassivos, que são bilhões, ou até trilhões, de vezes mais pesados que o Sol?


Notícia

Por Dmitry Pavlov (Hi-Tech Mail)

Traduzido por Marco Centurion


Concepção artística. Na ilustração do artista, é mostrado o possível início da formação de um buraco negro supermassivo. (Créditos da imagem: ESA/Hubble. Fonte: https://phys.org/)
Concepção artística. Na ilustração do artista, é mostrado o possível início da formação de um buraco negro supermassivo. (Créditos da imagem: ESA/Hubble. Fonte: https://phys.org/)

Uma das descobertas mais impressionantes da astronomia moderna foi a detecção de Buracos Negros Supermassivos, cujas massas superam em bilhões, ou talvez trilhões, de vezes a massa do nosso Sol, em galáxias formadas menos de 750 milhões de anos após o Big Bang. Eles aparentemente cresceram a uma velocidade inacreditável, o que desafia a compreensão atual de como os buracos negros se formam e evoluem.


O caminho tradicional sugere o colapso de uma estrela, cujo resultado é um objeto celeste massivo que deixa para trás um "funil" superdenso que atrai matéria, sua massa normalmente é comparável à do Sol ou excede-a em uma ou duas ordens de grandeza. No entanto, no universo primitivo para que esses remanescentes estelares, se tornassem gigantes com bilhões de massas solares ou mais, seria necessário um tempo incrivelmente longo e uma taxa colossal de absorção de matéria ao redor.


No entanto, um grupo de cientistas pode ter encontrado uma maneira de detectar buracos negros supermassivos durante seu processo de formação, rastreando um tipo específico de radiação que eles geram em seu nascimento turbulento. Essa hipótese envolve o chamado cenário de “colapso direto”, um mecanismo hipotético pelo qual nuvens massivas de gás primordial colapsam diretamente em buracos negros supermassivos, sem formar estrelas intermediárias. Esse processo pode gerar buracos negros com massas iniciais entre 100 mil e 10 milhões de vezes a massa do Sol, o que representa um ponto de partida muito mais plausível para o crescimento rápido rumo à condição de buracos negros supermassivos.


Imagem que mostra mudanças no buraco negro no centro da galáxia M87. (Créditos da imagem: NASA/JPL. Fonte: https://phys.org/)
Imagem que mostra mudanças no buraco negro no centro da galáxia M87. (Créditos da imagem: NASA/JPL. Fonte: https://phys.org/)

Um novo estudo de Yan-Fei Liao e Isaac Shlosman, publicado no servidor de pré-publicações arXiv, sugere que esses predecessores dos buracos negros mais massivos do universo podem ser detectados no momento de sua formação, o que pode resolver um dos maiores mistérios da astronomia.


Um dos requisitos essenciais para o processo de colapso direto é manter a temperatura de resfriamento do hidrogênio atômico em torno de 10 mil kelvins, o que impede a fragmentação da nuvem de gás, um processo que levaria à formação de estrelas. Nessa condição, as nuvens de gás massivo podem colapsar diretamente em núcleos densos que, eventualmente, se tornam embriões de buracos negros.


A pesquisa busca detectar um tipo específico de luz chamado radiação Lyman-alfa, que ocorre quando átomos de hidrogênio absorvem e reemitem luz ultravioleta. Durante o colapso direto, essa radiação é uma das principais assinaturas do processo de resfriamento, que dispersa energia à medida que a nuvem gasosa se comprime.


Modelos anteriores assumiam um colapso esférico, no qual os fótons seriam capturados e destruídos por processos quânticos. No entanto, os pesquisadores propõem um cenário diferente, no qual o gás em rotação forma um disco de acreção ao redor da massa central. Isso gera uma estrutura de fluxo bicônica, que se foca ao longo do eixo de rotação, justamente onde a radiação pode ser gerada.


No mapa celeste da missão New Horizons, é mostrado o brilho da radiação Lyman-alfa direcionada para o lado oposto ao Sol. (Créditos da imagem: J. Randall Gladstone. Fonte: https://phys.org/)
No mapa celeste da missão New Horizons, é mostrado o brilho da radiação Lyman-alfa direcionada para o lado oposto ao Sol. (Créditos da imagem: J. Randall Gladstone. Fonte: https://phys.org/)

Utilizando modelos computacionais avançados e cálculos de transferência radiativa, os cientistas descobriram que uma parte significativa dos fótons Lyman-alfa pode escapar do buraco negro em formação por meio desse fluxo bicônico. Para um objeto no estágio de transformação em buraco negro supermassivo com desvio para o vermelho z = 10* (o que indica uma época em que o universo era 500 milhões de anos mais jovem), mais de 95% da radiação Lyman-alfa pode escapar do Buraco Negro Supermassivo em formação e potencialmente ser detectada. O estudo mostra que o instrumento NIRSpec, do Telescópio Espacial James Webb, pode captar esses sinais em seu modo de espectroscopia de múltiplos objetos.


*O desvio para o vermelho é um exemplo do Efeito Doppler . À medida que um objeto se afasta do observador, as ondas (sonoras ou luminosas) emitidas por ele são esticadas, o que as torna mais graves e as move em direção à extremidade vermelha do espectro eletromagnético, onde a luz tem um comprimento de onda maior. No caso das ondas de luz, isso é chamado de desvio para o vermelho. À medida que um objeto se move em nossa direção, as ondas sonoras e luminosas se agrupam, de modo que o tom do som fica mais agudo, e as ondas luminosas se movem em direção à extremidade azul do espectro eletromagnético, onde a luz tem um comprimento de onda menor. No caso das ondas de luz, isso é chamado de desvio para o azul. A comunidade astronômica fala sobre o desvio para o vermelho em termos do parâmetro de desvio para o vermelho, indicado pela letra z. (fonte: lco-global - Las Cumbres Observatory)


É importante destacar que a radiação Lyman-alfa, proveniente de objetos em colapso direto, deve apresentar características distintas de outras fontes cósmicas. Os pesquisadores descobriram que esses buracos negros "pré-supermassivos" devem exibir linhas espectrais fortemente assimétricas com longas "caudas" vermelhas, que são características normalmente não observadas em galáxias comuns ou quasares.


A capacidade de identificar esses objetos abrirá uma nova janela para os eventos mais dramáticos de lá do universo primordial. Diferente dos buracos negros supermassivos já formados, cercados por brilhantes discos de acreção, esses embriões devem estar livres de metais, representando uma composição verdadeiramente primordial composta por hidrogênio e alguma quantidade de hélio.


Concepção artística. Buraco negro clássico com disco de acreção, o funil que atrai matéria. (Créditos da imagem: Kandinsky 4.1)
Concepção artística. Buraco negro clássico com disco de acreção, o funil que atrai matéria. (Créditos da imagem: Kandinsky 4.1)

Um dos aspectos mais importantes desse estudo é o fator tempo! O processo de colapso direto e a radiação Lyman-alfa associada, provavelmente, ocorrem durante um período relativamente curto, antes que o objeto central se torne um buraco negro completo. Essa janela temporal estreita ressalta a importância de observações sistemáticas para detectar esses objetos em seu momento de formação.


Se os resultados das simulações forem confirmados por observações, isso pode transformar radicalmente nossa compreensão de como se formaram os buracos negros supermassivos.



Artigo encontrado no site da agência de divulgação científica russa Hi-Tech  (originalmente publicado em 29/06/2025)

 
 
 

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