Simulações revelam como buracos negros cresceram rapidamente no universo primordial

Uma nova pesquisa sugere que supermassive black holes cresceram rapidamente após o Big Bang devido a fases intensas de alimentação, resolvendo um enigma do universo primordial.

Desde 2022, as observações do James Webb Space Telescope (JWST) têm revelado um mistério fascinante: a existência de supermassive black holes em galáxias formadas quando o universo tinha menos de 1 bilhão de anos. Tal presença precoce desafia os modelos atuais, que estimam que a formação desses gigantes levaria pelo menos 1 bilhão de anos.

Crescimento acelerado no universo primordial

Pesquisadores de Maynooth University, liderados por Daxal Mehta, utilizaram simulações computacionais avançadas para investigar este fenômeno. Eles descobriram que as condições caóticas e ricas em gás das primeiras galáxias permitiam que buracos negros menores experimentassem fases de “alimentação frenética” – períodos de super-Eddington accretion em que a taxa de consumo de matéria ultrapassa um limite tradicionalmente considerado máximo.

Esse limite, conhecido como limite de Eddington, é a quantidade máxima de matéria que pode ser atraída antes que a radiação gerada pela acreção empurre o material para longe, cessando o crescimento. Contudo, nas condições turbulentas do cosmos jovem, esses buracos negros conseguiriam superar essa barreira, engolindo grandes quantidades de gás e alcançando massas dezenas de milhares de vezes superiores à do Sol em poucos milhões de anos.

“Little red dots” e o nascimento dos gigantes cósmicos

O JWST detectou pequenos pontos vermelhos — apelidados “little red dots” — que podem representar os primeiros estágios da formação desses supermassive black holes. Os resultados das simulações indicam que buracos negros de massa estelar, antes considerados pequenos demais para originar esses monstros, podem crescer rapidamente e se fundir, formando os supermassivos observados.

John Regan, também do time de pesquisa, compara este fenômeno a ver um grupo familiar onde um “toddler” (bebê) já tem a altura de um adolescente, questionando como isso seria possível — assim como era enigmático entender como buracos negros tão massivos surgiram tão cedo.

Novos paradigmas para a origem dos buracos negros

Tradicionalmente, acreditava-se que apenas “heavy seeds” — buracos negros iniciais com massas muito altas, superiores a 100 mil sóis — poderiam explicar o crescimento acelerado necessário. Porém, as simulações deste estudo mostram que “light seeds” — buracos negros comuns formados a partir de estrelas — podem crescer em taxas extremas sob as condições certas, tornando o processo mais comum e menos exótico do que se imaginava.

Essa nova compreensão abre caminhos para revisitar teorias sobre a evolução dos buracos negros e suas interações com o ambiente galáctico, ampliando o conhecimento sobre a dinâmica do universo inicial.

Implicações para futuras observações

Embora o JWST tenha revelado pistas importantes, a confirmação definitiva desse modelo pode vir da detecção de ondas gravitacionais emitidas pelas fusões desses buracos negros em crescimento. A missão Laser Interferometer Space Antenna (LISA), planejada para lançamento em 2035, será crucial para captar essas assinaturas, abrindo uma nova janela para investigar a formação dos maiores buracos negros do cosmos.

Essas descobertas ressaltam a importância de ferramentas computacionais de alta resolução e observatórios avançados para desvendar os segredos do universo primordial, reforçando a ideia de que o cosmos primitivo era muito mais turbulento e dinâmico do que se supunha.

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Ilustração artística de um buraco negro supermassivo emitindo jatos de partículas energéticas. Tal buraco negro também é forte emissor de raios-X refletidos pelo gás e poeira ao redor em seu disco de acreção.

Fonte: www.space.com