Buracos negros supermassivos (SMBH) são difíceis de explicar. Pensa-se que essas singularidades gigantescas estejam no centro de todas as grandes galáxias (nossa Via Láctea tem uma), mas a presença delas às vezes desafia uma explicação fácil. Até onde sabemos, os buracos negros se formam quando estrelas gigantes entram em colapso. Mas essa explicação não se encaixa em todas as evidências.
A teoria do colapso estelar faz um bom trabalho ao explicar a maioria dos buracos negros. Nessa teoria, uma estrela pelo menos cinco vezes mais massiva que o nosso Sol começa a ficar sem combustível perto do fim de sua vida. Como a pressão externa da fusão nuclear de uma estrela é o que a sustenta contra a gravidade interna de sua própria massa, algo tem que dar quando o combustível acabar.
A estrela sofre uma explosão de hipnova e depois entra em colapso. O que resta é um buraco negro. Os astrofísicos pensam que as SMBHs começam dessa maneira e crescem em seus tamanhos enormes essencialmente "alimentando" outras coisas. Eles aumentam de tamanho e ficam no centro da gravidade, como uma aranha engordando no meio da teia.
O problema com essa explicação é que leva muito tempo para acontecer.
Lá fora, no Universo, os cientistas observaram SMBHs que são antigas. Em março deste ano, um grupo de astrônomos anunciou a descoberta de 83 SMBHs tão antigas que desafiaram nosso entendimento. Em 2017, os astrônomos descobriram um buraco negro de 800 milhões de massas solares que foi totalmente formado apenas 690 milhões de anos após o Big Bang. Eles surgiram nos primeiros dias do Universo, antes que houvesse tempo para crescer em suas formas supermassas.
Muitas dessas SMBHs são bilhões de vezes mais massivas que o Sol. Eles estão em turnos tão altos de vermelho que devem ter sido formados nos primeiros 800 milhões de anos após o Big Bang. Mas não é tempo suficiente para o modelo de colapso estelar explicá-los. A pergunta que os astrofísicos enfrentam é: como esses buracos negros ficaram tão grandes em tão pouco tempo?
Dois pesquisadores da Western University, em Ontário, Canadá, acham que descobriram. Eles têm uma nova teoria chamada "colapso direto" que explica essas SMBHs incrivelmente antigas.
Seu artigo é intitulado "A função de massa de buracos negros supermassivos no cenário de colapso direto" e é publicado no The Astrophysical Journal Letters. Os autores são Shantanu Basu e Arpan Das. Basu é um especialista reconhecido nos estágios iniciais da formação de estrelas e na evolução do disco protoplanetário. Ele também é professor de astronomia na Western University. Das também é do Departamento de Física e Astronomia da Western.
Sua teoria do colapso direto diz que os antigos buracos negros supermassivos se formaram extremamente rapidamente em períodos muito curtos. Então, de repente, eles pararam de crescer. Eles desenvolveram um novo modelo matemático para explicar esses buracos negros antigos de rápida formação. Eles dizem que o limite de Eddington, que é um equilíbrio entre a força radiativa externa de uma estrela e a força gravitacional interna, desempenha um papel.
Nesses buracos negros de colapso direto, o Limite de Eddington regula o crescimento de massa, e os pesquisadores dizem que esses buracos negros antigos podem até exceder esse limite em uma pequena quantidade, no que chamam de acréscimo de super-Eddington. Então, devido à radiação produzida por outras estrelas e buracos negros, sua produção foi interrompida.
“Os buracos negros supermassivos tiveram apenas um curto período de tempo em que foram capazes de crescer rapidamente e, em algum momento, por causa de toda a radiação no universo criada por outros buracos negros e estrelas, sua produção parou", explica Basu em um comunicado de imprensa. "Esse é o cenário de colapso direto".
"Esta é uma evidência observacional indireta de que os buracos negros se originam de colapsos diretos e não de remanescentes estelares", disse Basu.
Esta nova teoria fornece uma explicação eficaz para o que tem sido uma questão espinhosa na astronomia há algum tempo. Basu acredita que esses novos resultados podem ser usados com observações futuras para inferir a história da formação dos buracos negros extremamente maciços que existem muito cedo em nosso universo.
Fontes:
- Press Release: Pesquisadores brilham luz sobre as origens dos buracos negros
- Artigo: A função de massa de buracos negros supermassivos no cenário de colapso direto
- Revista Space: muito grande, muito em breve. Monstro Buraco Negro Visto Pouco Depois do Big Bang
- Universidade de Princeton: Astrônomos descobrem 83 buracos negros supermassivos no início do universo
- Wikipedia: Luminosidade de Eddington (limite)
