A origem dos buracos negros massivos (MBHs) é um dos maiores mistérios da astrofísica moderna. Esses gigantes cósmicos, presentes no centro da maioria das galáxias, incluindo a Via Láctea, são fundamentais para a dinâmica e evolução galáctica.
No entanto, a maneira como esses buracos negros se formaram e cresceram, atingindo massas de milhões a bilhões de vezes a massa do Sol, ainda é um desafio para os cientistas.
Recentemente, o Telescópio Espacial James Webb (JWST) trouxe novos insights sobre esse enigma.
Com sua capacidade de observar o universo em comprimentos de onda infravermelhos, o JWST detectou Núcleos Galácticos Ativos (AGN), que são buracos negros em processo de acreção de matéria, com massas bilhões de vezes a do Sol, apenas 700 milhões de anos após o Big Bang.
Isso indica que as “sementes” dos buracos negros que formaram os MBHs atuais surgiram muito cedo na história do universo.
Apesar dessas descobertas, a formação e evolução dessas sementes ainda é um mistério. Existem várias teorias e modelos que tentam explicar esses processos, sendo um tópico de intenso debate científico.
Compreender esses processos ajuda a revelar não apenas a história dos MBHs, mas também a evolução das galáxias e a dinâmica do universo primitivo.
Via Earth
Contexto histórico
A origem dos buracos negros massivos (MBHs) é um mistério, pois existem no centro da maioria das galáxias, incluindo a Via Láctea, e possuem massas que variam de milhões a bilhões de vezes a do Sol.
Sua presença sugere um papel crucial na formação e evolução galáctica, afetando a dinâmica estelar e a distribuição de gás interestelar.
A descoberta dos MBHs começou com a observação dos núcleos galácticos ativos (AGNs) na década de 1960.
AGNs são regiões extremamente luminosas nos centros das galáxias, alimentadas pela acreção de matéria em torno de buracos negros supermassivos, liberando energia intensa que pode ofuscar a galáxia hospedeira.
Essas observações levaram à hipótese da existência de buracos negros massivos.
Com os avanços tecnológicos, especialmente com telescópios espaciais como o Hubble e o Telescópio Espacial James Webb (JWST), os astrônomos detectaram MBHs em estágios iniciais do universo.
O JWST revelou AGNs com massas de até um bilhão de vezes a do Sol, apenas 700 milhões de anos após o Big Bang, indicando que as “sementes” dos buracos negros formaram-se muito cedo na história cósmica.
Entretanto, a origem dos buracos negros massivos ainda é um mistério. Embora a formação de massa estelar a partir do colapso de estrelas massivas seja bem compreendida, o rápido crescimento desses buracos negros iniciais para MBHs é um desafio teórico.
Diversos modelos foram propostos para explicar essa evolução rápida, incluindo a formação de sementes de buracos negros leves e pesadas.
Sementes de buracos negros
Os buracos negros massivos (MBHs) no centro das galáxias intrigam os cientistas há décadas. Para entender como eles se formam, é essencial explorar as diferentes “sementes” que podem originá-los, classificadas em sementes leves e pesadas.
As sementes leves, ou buracos negros de massa estelar, têm menos de 1000 massas solares e geralmente se formam a partir dos remanescentes das primeiras estrelas do universo, conhecidas como estrelas da População III.
Essas estrelas colapsam em buracos negros após esgotarem seu combustível nuclear.
A dificuldade é explicar como esses buracos negros crescem rapidamente para se tornarem MBHs em poucas centenas de milhões de anos após o Big Bang. A inclusão de matéria é um mecanismo proposto, mas sua eficiência ainda é debatida.
As sementes pesadas começam com mais de 1000 massas solares e podem se formar através de vários mecanismos, como o colapso direto de nuvens massivas de gás ou processos dinâmicos em aglomerados estelares.
No colapso direto, uma nuvem de gás massiva colapsa sob sua própria gravidade, formando um buraco negro supermassivo.
Este processo requer condições específicas, como um fundo intenso de radiação Lyman-Werner, que impede a formação de moléculas de hidrogênio necessárias para resfriar a nuvem de gás.
Via NASA
Outros caminhos
Outra possibilidade é a formação através de colisões estelares em aglomerados densos, onde estrelas colidem e se fundem, ou através da fusão hierárquica de buracos negros menores.
A distinção entre sementes leves e pesadas é crucial para entender a diversidade de MBHs. As sementes leves são mais comuns, mas têm limitações para crescer rapidamente.
As sementes pesadas, embora mais raras, começam com uma vantagem de massa, permitindo um crescimento mais eficiente.
Compreender esses diferentes tipos de sementes e seus canais de formação é fundamental para desvendar a história dos buracos negros massivos.
Sementes leves
Enquanto isso, a formação de sementes leves de buracos negros, ou buracos negros de massa estelar, está ligada aos remanescentes das primeiras estrelas do universo, as estrelas da População III.
Essas estrelas, compostas principalmente de hidrogênio e hélio primordiais, colapsaram em buracos negros ao esgotarem seu combustível nuclear, criando as primeiras sementes leves.
Com massas inferiores a 1000 vezes a do Sol, essas sementes leves são o ponto de partida para a formação dos buracos negros massivos (MBHs).
No entanto, transformar uma semente leve em um MBH com mais de 100.000 massas solares é um desafio. A dificuldade principal é a taxa de crescimento necessária para atingir tamanhos colossais em pouco tempo.
O crescimento dos buracos negros ocorre principalmente através da acreção, onde o buraco negro atrai e consome matéria ao seu redor.
Porém, a disponibilidade de gás suficiente para um crescimento rápido e contínuo é limitada. Em muitas partes do universo primordial, a densidade de gás pode ser insuficiente, resultando em um crescimento lento das sementes leves.
Ou seja, apesar das novas teorias empolgantes, pouco sabemos. Quem sabe no futuro teremos um caminho para estudar mais a origem dos buracos negros.
Fonte: Space Today
