O que alimentou os primeiros buracos negros, permitindo seu crescimento muito rápido? Uma nova descoberta feita por pesquisadores da Universidade Carnegie Mellon, usando uma combinação de simulações de supercomputadores e a tecnologia GigaPan Time Machine, mostra que uma dieta de “fast food” cósmica (fluxos finos de gás frio) fluía incontrolavelmente para o centro dos primeiros buracos negros, causando eles sejam "superdimensionados" e cresçam mais rápido do que qualquer outra coisa no Universo.
Quando nosso Universo era jovem, menos de um bilhão de anos após o Big Bang, as galáxias estavam apenas começando a se formar e crescer. De acordo com teorias anteriores, os buracos negros da época deveriam ter sido igualmente pequenos. Dados do Sloan Digital Sky Survey mostraram evidências ao contrário - buracos negros supermassivos existiam já em 700 milhões de anos após o Big Bang.
“O Sloan Digital Sky Survey encontrou buracos negros supermassivos em menos de 1 bilhão de anos. Eles tinham o mesmo tamanho dos buracos negros mais massivos da atualidade, com 13,6 bilhões de anos ”, disse Tiziana Di Matteo, professora associada de física (Universidade Carnegie Mellon). “Foi um quebra-cabeça. Por que alguns buracos negros se formam tão cedo quando leva toda a idade do Universo para que outros alcancem a mesma massa? ”
Buracos negros supermassivos são os maiores buracos negros existentes - pesando bilhões de vezes o do Sol. A maioria dos buracos negros "normais" é apenas cerca de 30 vezes mais massiva que o Sol. O mecanismo atualmente aceito para a formação de buracos negros supermassivos é através de fusões galácticas. Um problema com essa teoria e como ela se aplica aos primeiros buracos negros supermassivos é que, no início do Universo, não havia muitas galáxias, e elas estavam muito distantes uma da outra para se fundirem.
Rupert Croft, professor associado de física (Universidade Carnegie Mellon) observou: “Se você escrever as equações de como galáxias e buracos negros se formam, não parece possível que essas massas enormes possam se formar tão cedo, mas olhamos para o céu e lá estão eles."
Em um esforço para entender os processos que formaram os primeiros buracos negros supermassivos, Di Matteo, Croft e Khandai criaram o MassiveBlack - a maior simulação cosmológica até hoje. O objetivo do MassiveBlack é simular com precisão os primeiros bilhões de anos do nosso universo. Descrevendo MassiveBlack, Di Matteo observou: “Esta simulação é realmente gigantesca. É o maior em termos de nível de física e volume real. Fizemos isso porque estávamos interessados em observar coisas raras no universo, como os primeiros buracos negros. Por serem tão raros, você precisa pesquisar um grande volume de espaço ”.
Croft e a equipe iniciaram as simulações usando modelos conhecidos de cosmologia baseados em teorias e leis da física moderna. "Não colocamos nada de louco. Não há física mágica, nem coisas extras. É a mesma física que forma galáxias em simulações do universo posterior ", disse Croft. “Mas magicamente, esses primeiros quasares, exatamente como haviam sido observados, aparecem. Não sabíamos que eles iriam aparecer. Foi incrível medir suas massas e ir ‘Uau! Esse é o tamanho exato exato e aparece exatamente no momento certo. 'É uma história de sucesso para a moderna teoria da cosmologia. "
Os dados do MassiveBlack foram adicionados ao projeto GigaPan Time Machine. Ao combinar os dados do MassiveBlack com o projeto GigaPan Time Machine, os pesquisadores conseguiram visualizar a simulação como se fosse um filme - percorrendo facilmente o universo simulado à medida que se formava. Quando a equipe notou eventos que pareciam interessantes, eles também foram capazes de aumentar o zoom para visualizá-los com mais detalhes do que o que eles podiam ver em nosso próprio universo com telescópios terrestres ou espaciais.
Quando a equipe deu um zoom na criação dos primeiros buracos negros supermassivos, eles viram algo inesperado. Observações normais mostram que quando o gás frio flui em direção a um buraco negro, ele é aquecido por colisões com outras moléculas de gás próximas e depois esfria antes de entrar no buraco negro. Conhecido como 'aquecimento por choque', o processo deveria ter impedido os primeiros buracos negros de atingir as massas observadas. Em vez disso, a equipe observou fluxos finos de gás denso e frio fluindo ao longo de 'filamentos' vistos em pesquisas de larga escala que revelam a estrutura do nosso universo. Os filamentos permitem que o gás flua diretamente para o centro dos buracos negros a uma velocidade incrível, proporcionando comida fria e rápida. O consumo constante, porém descontrolado, forneceu um mecanismo para os buracos negros crescerem a uma taxa muito mais rápida do que as galáxias hospedeiras.
Os resultados serão publicados no Astrophysical Journal Letters.
Se você quiser ler mais, confira os artigos abaixo (via Physics arXiv):
Imagem Terapixel de Simulações Cosmológicas
A formação de galáxias que hospedam z ~ 6 quasares
Buracos negros iniciais em simulações cosmológicas
Fluxos frios e os primeiros quasares
Saiba mais sobre Gigapan e MassiveBlack em: http://gigapan.org/gigapans/76215/ e http://www.psc.edu/science/2011/supermassive/
Fonte: Comunicado de imprensa da Universidade Carnegie Mellon
