Um grande número de buracos negros supermassivos errantes estão vagando pelo Universo

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Impressão artística de um buraco negro supermassivo. Créditos: Naeblys / iStock / Getty Images.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Os buracos negros supermassivos tendem a ficar, mais ou menos estacionários, no centro das galáxias. Mas nem todos esses incríveis objetos cósmicos permanecem imóveis; alguns podem ficar soltos, navegando em volta das galáxias como nômades cósmicos.

Chamamos esses buracos negros de ‘errantes’, e eles são amplamente teóricos, porque são difíceis (mas não impossíveis) de observar e, portanto, quantificar. Mas um novo conjunto de simulações permitiu que uma equipe de cientistas descobrisse quantos desses viajantes deveria haver e seus paradeiros – o que, por sua vez, poderia nos ajudar a identificá-los lá no Universo.

Isso pode ter implicações importantes para a nossa compreensão de como os buracos negros supermassivos – monstros milhões a bilhões de vezes a massa do nosso Sol – se formam e crescem, um processo que está envolto em mistério.

Os cosmologistas pensam que os buracos negros supermassivos residem no núcleo de todas – ou pelo menos na maioria – das galáxias do Universo. As massas desses objetos são geralmente mais ou menos proporcionais à massa da protuberância galáctica central em torno deles, o que sugere que a evolução do buraco negro e sua galáxia estão de alguma forma ligadas.

Mas as vias de formação de buracos negros supermassivos não são claras. Sabemos que os buracos negros de massa estelar se formam a partir do colapso do núcleo de estrelas massivas, mas esse mecanismo não funciona para buracos negros com mais de 55 vezes a massa do Sol.

Os astrônomos pensam que os buracos negros supermassivos se desenvolvem através do acúmulo de estrelas, gás e poeira, e se fundem com outros buracos negros (bem grandões nos núcleos de outras galáxias, quando essas galáxias colidem).

Mas as escalas de tempo cosmológicas são muito diferentes das escalas de tempo humanas, e o processo de colisão de duas galáxias pode levar muito tempo. Isso torna a janela para a fusão ser potencialmente interrompida bastante grande, e o processo poderia ser atrasado ou mesmo totalmente evitado, resultando nesses buracos negros ‘errantes’.

Uma equipe de astrônomos liderados por Angelo Ricarte do Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian usou o conjunto de simulações cosmológicas Romulus para estimar a frequência com que isso deveria ter ocorrido no passado, e quantos buracos negros ainda estariam vagando hoje.

Essas simulações rastreiam de forma autoconsistente a evolução orbital de pares de buracos negros supermassivos, o que significa que eles são capazes de prever quais buracos negros têm probabilidade de chegar ao centro de seu novo lar galáctico e quanto tempo esse processo deve levar – também como quantos nunca chegam lá.

“Romulus prediz que muitos sistemas binários de buracos negros supermassivos se formam após vários bilhões de anos de evolução orbital, enquanto alguns buracos negros supermassivos nunca chegarão ao centro”, escreveram os pesquisadores em seu estudo.

“Como resultado, descobriu-se que as galáxias com massa da Via Láctea no Romulus hospedam uma média de 12 buracos negros supermassivos, que normalmente vagam pelo halo longe do centro galáctico”.

No início do Universo, antes de cerca de 2 bilhões de anos após o Big Bang, a equipe descobriu, os errantes superam e ofuscam os buracos negros supermassivos nos núcleos galácticos. Isso significa que eles produziriam a maior parte da luz que esperaríamos ver brilhando do material em torno de buracos negros supermassivos ativos, irradiando intensamente enquanto orbita e se acumula no buraco negro.

Eles permanecem próximos à massa de seu processo de origem – isto é, a massa na qual se formaram – e provavelmente se originam em galáxias satélites menores que orbitam outras maiores.

E alguns viajantes ainda devem estar por aí hoje, de acordo com as simulações. Na nossa localidade do Universo, deve haver alguns por aí.

“Descobrimos que o número de buracos negros errantes é quase linear com a massa do halo, de modo que esperamos milhares de buracos negros errantes em halos de aglomerados de galáxias”, escreveram os pesquisadores.

“Localmente, esses errantes respondem por cerca de 10 por cento da massa total de buracos negros locais, uma vez que as massas em que se formaram são contabilizadas”.

Esses buracos negros podem não estar necessariamente ativos e, portanto, seriam muito difíceis de detectar. Em um próximo estudo, a equipe explorará em detalhes as possíveis maneiras de observar esses errantes perdidos.

Então tudo o que temos a fazer é encontrar os buracos negros perdidos de massa estelar e de massa intermediária

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