Buracos negros podem se tornar tão gigantescos que os astrônomos propuseram uma nova categoria de tamanho

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(Créditos: Aaron Horowitz/The Image Bank/Getty Images)

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Existem buracos negros supermassivos. Existem buracos negros ultramassivos. Quão grandes esses objetos estranhos podem crescer? Bem, poderia haver algo ainda maior do que ultramassivos: buracos negros estupendamente grandes, de acordo com as pesquisas mais recentes.

Esses hipotéticos buracos negros – maiores que 100 bilhões de vezes a massa do Sol – foram explorados em um novo estudo que os chama de SLABs, uma sigla que significa “Stupendously LArge Black holeS” (ou Buracos Negros Estupendamente Grandes, na tradução livre).

“Já sabemos que os buracos negros existem em uma vasta gama de massas, com um buraco negro supermassivo de 4 milhões de massas solares residindo no centro de nossa própria galáxia”, explicou o astrônomo Bernard Carr, da Queen Mary Universidade de Londres, Reino Unido.

“Embora não haja evidências da existência de SLABs, é concebível que eles possam existir e também residir fora das galáxias no espaço intergaláctico, com consequências observacionais interessantes.”

Os buracos negros têm categorias de massa um tanto amplas. Existem buracos negros de massa estelar; esses são buracos negros que estão em torno da massa de uma estrela, até cerca de 100 massas solares. A próxima categoria são os buracos negros de massa intermediária, e o tamanho deles parece depender do método de classificação. Alguns dizem que podem chegar até 1.000 massas solares, alguns dizem que até 100.000 e outros dizem que até 1 milhão; seja qual for o limite superior, eles parecem ser muito raros.

Os buracos negros supermassivos são muito, muito maiores, da ordem de milhões a bilhões de massas solares. Isso inclui o buraco negro supermassivo no coração da Via Láctea, Sagitário A*, com 4 milhões de massas solares, e o buraco negro supermassivo mais fotogênico do Universo, M87*, com 6,5 bilhões de massas solares.

Os buracos negros mais robustos que detectamos são os ultramassivos, mais de 10 bilhões (mas menos de 100 bilhões) de massas solares. Isso inclui um monstro com 40 bilhões de massas solares no centro de uma galáxia chamada Holmberg 15A.

“No entanto, surpreendentemente, a ideia de SLABs foi amplamente negligenciada até agora”, disse Carr.

“Propusemos opções para a formação desses SLABs e esperamos que nosso trabalho comece a motivar as discussões entre a comunidade.”

A questão é que os cientistas não sabem muito bem como buracos negros estupendamente grandes se formam e crescem. Uma possibilidade é que eles se formem em sua galáxia hospedeira, depois cresçam cada vez mais absorvendo um monte de estrelas, gás e poeira, e colidam com outros buracos negros quando as galáxias se fundem.

Este modelo tem um limite superior de cerca de 50 bilhões de massas solares – esse é o limite no qual a massa prodigiosa do objeto exigiria um disco de acreção tão grande que se fragmentaria sob sua própria gravidade. Mas também há um problema significativo: buracos negros supermassivos foram encontrados no Universo primitivo em massas muito altas para terem crescido por esse processo relativamente lento desde o Big Bang.

Outra possibilidade é algo chamado de buracos negros primordiais, proposto pela primeira vez em 1966. A teoria diz que a densidade variável do Universo primitivo poderia ter produzido bolhas tão densas que desmoronaram em buracos negros. Eles não estariam sujeitos às restrições de tamanho de buracos negros de estrelas em colapso e podem ser extremamente pequenos ou, bem, estupendamente grandes.

Os extremamente pequenos, se algum dia existiram, provavelmente já teriam evaporado devido à radiação Hawking. Mas os muito, muito maiores poderiam ter sobrevivido.

Portanto, com base no modelo do buraco negro primordial, a equipe calculou exatamente quão estupendamente grandes esses buracos negros poderiam ser: entre 100 bilhões e 1 quintilhão (ou seja, 18 zeros) de massas solares.

O objetivo do estudo, disseram os pesquisadores, era considerar o efeito de tais buracos negros no espaço ao seu redor. Podemos não ser capazes de ver SLABs diretamente – buracos negros que não estão acumulando material são invisíveis, já que a luz não pode escapar de sua gravidade – mas objetos invisíveis massivos ainda podem ser detectados com base na forma como o espaço ao redor deles se comporta.

A gravidade, por exemplo, curva o espaço-tempo, o que faz com que a luz que viaja por essas regiões também siga um caminho curvo; isso é chamado de lente gravitacional, e o efeito pode ser usado para detectar SLABs no espaço intergaláctico, disse a equipe.

Os objetos enormes também teriam implicações para a detecção de matéria escura, a massa invisível que injeta muito mais gravidade no Universo do que deveria haver – com base no que podemos realmente detectar diretamente.

Um candidato hipotético à matéria escura, as partículas massivas de interação fraca (WIMPs), se acumularia na região ao redor de um SLAB devido à imensa gravidade, e em tais concentrações que colidiriam e se aniquilariam, criando um halo de radiação gama.

E os buracos negros primordiais também são candidatos à matéria escura.

“Os próprios SLABs não poderiam fornecer a matéria escura”, disse Carr. “Mas se eles existissem, teria implicações importantes para o Universo primordial e tornaria plausível que buracos negros primordiais mais leves pudessem ter existido também.”

Além disso, não resistimos a calcular o tamanho de um buraco negro de massa solar de 1 quintilhão. O horizonte de eventos terminaria em 620.000 anos-luz de diâmetro. Estupendo.

A pesquisa da equipe foi publicada nos Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.