O lançamento do Telescópio Espacial James Webb levou à descoberta de inúmeros buracos negros supermassivos no Universo primordial, para os quais não havia explicação — eles simplesmente não tiveram tempo de crescer até as massas observadas. Isso forçou uma revisão da evolução desses objetos, que raramente havia sido considerada em hipóteses anteriores. O novo estudo forneceu uma base para uma dessas possibilidades, revelando uma explicação simples para os processos observados.
Fonte da imagem: Geração por IA da Grok 4/3DNews
As “sementes” dos buracos negros supermassivos podem ter surgido de três maneiras: a partir do colapso de nuvens de gás de matéria primordial, através do colapso direto de estrelas mortas e em densos aglomerados estelares onde fusões frequentes de buracos negros eram inevitáveis devido à extrema densidade populacional. A situação foi agravada pela descoberta dos “pequenos pontos vermelhos” — presumivelmente buracos negros supermassivos nos centros de galáxias que se formaram aproximadamente 500 milhões de anos após o Big Bang e desapareceram um bilhão de anos depois.
Para testar uma hipótese sobre o crescimento acelerado de buracos negros supermassivos, astrofísicos da Universidade Columbia criaram uma simulação de uma galáxia anã para reproduzir os primeiros 700 milhões de anos de sua evolução com o máximo de detalhes. Após seis meses de processamento de dados no supercomputador Zaratan da Universidade de Maryland, usando um modelo aprimorado para simular processos de formação estelar, os cientistas descobriram as origens do provável crescimento acelerado de buracos negros.
A simulação mostrou que, em densos aglomerados estelares no início do Universo, a eficiência de conversão de gás em novas estrelas chegava a 80%, em comparação com os atuais 2%. Assim, o nascimento de estrelas na antiguidade ocorria em ondas, assemelhando-se a uma explosão. Especificamente, a simulação revelou duas ondas explosivas de formação estelar, com algumas estrelas se tornando buracos negros de massa estelar após sua morte. Esses buracos negros então se precipitavam, como em um redemoinho, em direção ao centro da galáxia, formando algo semelhante a aglomerados de buracos negros em condições de densidade estelar e material extremamente alta. Fusões múltiplas subsequentes levaram ao acúmulo de massa e, por fim, a uma rápida expansão.O surgimento de buracos negros supermassivos nos centros das galáxias.
Cientistas demonstraram que nenhuma “nova física” é necessária para explicar por que buracos negros supermassivos acumularam massa mais rapidamente do que o limite permitido pelas leis da física conhecidas. A resposta reside na densidade extrema da matéria no alvorecer do Universo, que desencadeou toda a cadeia de evolução dos buracos negros supermassivos. Atualmente, essas fusões múltiplas não são detectadas por observatórios de ondas gravitacionais. No futuro, está previsto o lançamento de interferômetros a laser no espaço, criando uma linha de base com dezenas ou centenas de milhares de quilômetros de extensão. Isso permitirá a confirmação dessas simulações.