Um dos mistérios mais perniciosos da astronomia no momento é fácil de declarar, mas provando ser ridiculamente difícil de responder: como os buracos negros supermassivos se formam? Informações do portal SYFY.
Estes são enormes buracos negros, chamados buracos negros supermassivos, alguns com milhões ou bilhões de vezes a massa do Sol, e parece que toda galáxia de tamanho decente no Universo tem uma em seu núcleo. A questão é que nós as vemos em galáxias na borda do Universo observável, o que significa que vemos essas galáxias quando elas tinham menos de um bilhão de anos. Isso, por sua vez, significa que esses buracos negros se formam rapidamente, de fato muito rápido, de acordo com a maioria dos modelos. É realmente difícil alimentá-los com rapidez suficiente para torná-los tão grandes logo após o nascimento do próprio Universo.
Tem havido muito trabalho neste tópico, e uma das ideias mais viáveis é que alguns buracos negros nascem meio massivos, talvez 100.000 vezes a massa do Sol, e então eles crescem a partir daí. Estes são chamados de buracos negros de sementes. Eles podem se formar de diferentes maneiras; uma avenida de pesquisa ativa é ver se eles podem se formar diretamente do colapso de nuvens de gás como uma galáxia se forma.
Outra forma também está sendo investigada. Muitas grandes galáxias têm grandes aglomerados de estrelas em seus núcleos, chamados aglomerados de estrelas nucleares. Estes podem ser aglomerados verdadeiramente enormes contendo milhões de estrelas, e variam em massa total de cem mil a dezenas de milhões de vezes a massa do Sol, mas têm apenas algumas dúzias de anos-luz de diâmetro. Então eles não são apenas maciços, eles são densos. As estrelas são agrupadas com muito mais força do que, digamos, perto do Sol. O sistema estelar mais próximo de nós está a mais de quatro anos-luz de distância. Em um aglomerado de estrelas nucleares haveria dezenas de milhares de estrelas que se fechariam!
Os próprios aglomerados estelares podem se formar nos centros das galáxias, ou podem ser criados quando aglomerados globulares, eles próprios bolas densas de estrelas, caem nos centros das galáxias. De qualquer forma, os modelos teóricos – isto é, olhando para a física da gravidade e estrelas e buracos negros, e vendo como todos eles interagem – prevêem que aglomerados de estrelas nucleares podem produzir e crescer buracos negros sementes muito rapidamente.
Quando estrelas massivas morrem, elas explodem, explodindo suas camadas externas, enquanto seus núcleos colapsam para formar buracos negros. Se o aglomerado for massivo o suficiente – um critério importante – eles cairão no centro do aglomerado, se fundirão e formarão buracos negros maiores. À medida que as estrelas passam perto desse novo buraco negro, elas podem ser dilaceradas e comidas – cerca de metade da massa da estrela é ejetada e metade cai no buraco negro – ou podem cair em direção ao buraco negro, sendo capturadas por ele através de processos gravitacionais complicados, e ser comido com mais eficiência.
De qualquer forma, as estrelas ficam et. O buraco negro cresce.
A massa do cluster é crítica aqui. A matemática prevê que acima de uma certa massa o aglomerado inevitavelmente forma um buraco negro. É difícil medir a massa de um aglomerado diretamente, mas há uma maneira indireta: quanto mais massivo for um aglomerado, maior será a propagação das velocidades das estrelas dentro do aglomerado – as das partes externas se movem lentamente e as do centro se movem muito rapidamente – o que os astrônomos chamam de dispersão de velocidade. Esta é uma quantidade mensurável a partir de observações, e a dispersão da velocidade crítica neste caso é de cerca de 40 quilômetros por segundo.
Assim, uma equipe de astrônomos olhou para 108 grandes galáxias próximas com aglomerados de estrelas nucleares que tinham observações do Telescópio Espacial Hubble para obter suas dispersões de velocidade e observações do Observatório de raios-X Chandra para procurar buracos negros. À medida que o gás se acumula fora do buraco negro, ele aquece e emite raios-X, e isso pode ser usado para ver se um buraco negro está lá.
Para encurtar a história – as observações e análises são um pouco complicadas – eles descobriram que galáxias com aglomerados acima desse limite de 40 km/s têm buracos negros com o dobro da taxa de aglomerados com uma dispersão de velocidade mais baixa e, portanto, uma massa menor.
Isso está de acordo com o que esses modelos teóricos prevêem, o que é animador. Isso significa que esta é provavelmente uma maneira viável de fazer buracos negros de sementes!
Além disso, esse método de fazer grandes buracos negros é independente da distância. Nós vemos enormes buracos negros se formando quando o Universo é jovem, então é possível que isso esteja ligado à forma como as próprias galáxias se formam. Mas também é possível que alguns buracos negros cresçam mais lentamente, mesmo depois que a própria galáxia amadureceu e todo o gás disponível é usado para fazer estrelas. Isso significa que a formação de buracos negros diretamente do gás em colapso é muito, muito mais difícil à medida que o Universo envelhece.
NGC 3344 é uma enorme galáxia espiral a cerca de 30 milhões de anos-luz da Terra. Em seu centro há um enorme aglomerado de estrelas que podem ter ajudado a criar e estão alimentando um enorme buraco negro ali. Foto: Raio-X: NASA/CXC/Washington State Univ./V. Baldassare et ai.; Óptico: NASA/ESA/STScI
A beleza de formá-los em aglomerados de estrelas nucleares, porém, é que isso poderia funcionar quando o Universo era jovem ou muito mais tarde também. Ainda pode estar funcionando hoje; na verdade, essas galáxias próximas com aglomerados de estrelas nucleares ainda estão adicionando massa aos seus buracos negros agora.
Então tudo isso se encaixa, o que é legal. Mais observações ajudariam; obter melhores estatísticas é sempre bom, e seria benéfico poder medir o quão eficiente é para esses buracos negros capturar estrelas por maré.
Mas a boa notícia é que este é um caminho promissor para descer; aglomerados de estrelas nucleares parecem ser berçários de buracos negros, e isso nos dá outra maneira de fazer esses monstros no meio galáctico.
Nossa galáxia Via Láctea tem um buraco negro supermassivo em seu núcleo, chamado Sgr A*, e não sabemos realmente como ele se formou. Mas sabemos que muitas características galácticas dependem desse buraco negro, de como eles se formaram e afetaram uns aos outros, então descobrir como eles nascem e crescem é a chave para descobrir por que as galáxias são do jeito que são. Inclusive o nosso.
