Uma equipa de astrofísicos italianos poderá ter encontrado uma pista importante para um dos grandes mistérios da evolução das galáxias: como se formaram os buracos negros super-maciços que parecem ser ubíquos nos seus centros. A equipa utilizou dados obtidos com os telescópios espaciais Hubble (no visível), Spitzer (no infravermelho) e Chandra (em raios-X) para identificar dois objectos que sugerem que os buracos negros super-maciços tiveram origem no colapso gravitacional de grandes nuvens de gás no Universo primordial. O colapso dá origem a um único buraco negro que nasce já com uma massa apreciável e que se torna na “semente” que dá origem, ao longo de milhares de milhões de anos de evolução galáctica, a um buraco negro super-maciço com milhões ou mesmo milhares de milhões de massas solares.
Um buraco negro gigante forma-se a partir de uma nuvem gigante de gás primordial (representação artística).
Crédito: NASA/CXC/M. Weiss.
Existem várias teorias que tentam explicar a formação destes objectos gigantes no centro das galáxias, responsáveis por alguns dos fenómenos mais energéticos do Universo, e.g., os quasares. Duas delas são mais aceites pela comunidade pois parecem ser mais consistentes com as observações. A primeira sugere que as primeiras gerações de estrelas, muito maciças e luminosas devido à sua pureza elementar — eram compostas quase exclusivamente por hidrogénio e hélio — , teriam explodido como supernovas dando origem a buracos negros de massa intermédia, 10 a 100 vezes mais maciços que o Sol. A proliferação destes objectos em volumes de espaço pequenos provocaria, numa curta escala de tempo, a sua colisão e fusão, resultando na formação de um buraco negro de grande massa. As simulações sugerem, no entanto, que estes objectos não teriam uma massa inicial suficientemente grande para, mesmo “alimentando-se” a um ritmo elevado, formar buracos negros super-maciços apenas mil milhões de anos após o Big-Bang — uma descoberta recente.
O buraco negro de 4 mil milhões de massas solares no centro da galáxia elíptica gigante Hércules A produz jactos de partículas relativísticas que se estendem por mais de 1 milhão de anos-luz e podem ser observados com detalhe com radiotelescópios. Os jactos são visíveis como filamentos com origem no centro da galáxia que terminam em nuvens de cor rosa, aqui sobrepostos a uma imagem obtida pelo Hubble em luz visível.
Crédito: NASA, ESA, S. Baum e C. O’Dea (RIT), R. Perley e W. Cotton (NRAO/AUI/NSF), Hubble Heritage Team (STScI/AURA).
A outra teoria sugere que os buracos negros super-maciços têm origem no colapso gravitacional de grandes nuvens de gás no Universo primordial. As simulações sugerem que os objetos assim formados teriam já massas na ordem das 10-100 mil vezes a solar. Desta forma, teriam já um “avanço” que lhes permitiria atingir massas de muitos milhões de massas solares ainda durante a infância do Universo. Mas também este modelo tem problemas. As simulações sugerem, por exemplo, que uma nuvem tão grande poderia fragmentar-se em nuvens mais pequenas durante o colapso impedindo a formação de objectos muito maciços.
As duas teorias mais aceites para a formação de buracos negros super-maciços no centro das galáxias.
O tempo, desde o Big Bang até à actualidade, corre de cima para baixo na figura.
Do lado esquerdo temos o modelo de colapso directo a partir de nuvens de gás primordial; do lado direito o modelo de formação a partir de buracos negros deixados pela explosão de supernovas primordiais.
As caixas indicam o que deve ser observado para cada modelo nas galáxias actuais. Ao centro, está o que se observa actualmente quanto à distribuição destes objectos.
Os dados existentes não permitem decidir claramente por um dos lados.
Fonte: http://crispygreene.wix.com/jenny#!black-hole-seeds/c1410
A metodologia utilizada pela equipa consistiu em utilizar simulações em computador para identificar que características teriam estes buracos negros seminais formados por um dos processos descritos anteriormente. Em seguida, os cientistas procuraram em dados recolhidos pelos telescópios espaciais Hubble, Spitzer e Chandra, que cobrem parte significativa do espectro electromagnético, objectos com características semelhantes para serem posteriormente estudados com mais pormenor. Esta análise culminou com a identificação de dois objectos com as características certas em termos de espectro de emissão de energia e cuja idade estimada é inferior a mil milhões de anos. A sua luminosidade sugere que os buracos negros no seu âmago tem massas na ordem das 100 mil massas solares.
Duas formas de “engordar” um buraco negro no centro de uma galáxia: (a) alimentando-o com gás do disco ou do espaço inter-galáctico; (b) fundindo os buracos negros centrais durante uma colisão de galáxias.
Crédito: Nature.
Este resultado favorece portanto a teoria de que os buracos negros super-maciços que hoje observamos foram criados já com massas muito grandes e puderam crescer, até atingirem as enormes massas que hoje observamos, a um ritmo consistente com processos “normais” como a captura de gás e fusões durante colisões galácticas. Estas observações estão no limite do que é tecnologicamente possível actualmente e devem ser por isso encaradas como preliminares. É possível que estes dois objectos sejam apenas os primeiros a ser identificados de uma população necessariamente vasta de percursores dos buracos negros super-maciços que observamos nos centros galácticos, Via Láctea incluída. A nova geração de grandes telescópios, na qual se incluem o James Webb da NASA e o Extremely Large Telescope do ESO, terá certamente um papel fundamental na clarificação deste problema.
(Fonte: ESA/Hubble)
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