Um estudo inovador fornece novos insights sobre as origens dos buracos negros de massa intermediária (IMBHs). Ao realizar as primeiras simulações de estrelas individuais num enxame globular em formação, os investigadores identificaram mecanismos potenciais através dos quais estes densos enxames estelares poderiam dar origem a IMBHs. Crédito: SciTechDaily.com
Uma nova pesquisa utiliza as primeiras simulações de estrelas individuais na formação de aglomerados globulares para explorar potenciais mecanismos de formação de buracos negros de massa intermediária.
Um novo estudo demonstrou um possível mecanismo de formação de buracos negros de massa intermediária em aglomerados globulares, aglomerados estelares que podem conter dezenas de milhares ou mesmo milhões de estrelas compactadas. As primeiras simulações de formação de aglomerados massivos estrela por estrela revelaram que nuvens moleculares suficientemente densas, os “ninhos de nascimento” de aglomerados estelares, podem dar origem a estrelas muito massivas que evoluem para buracos negros de massa intermédia. A pesquisa conjunta foi liderada por Michiko Fujii, da Universidade de Tóquio, e os resultados foram publicados hoje (30 de maio) na revista Ciência.
Evidência teórica para IMBHs
“Observações anteriores sugeriram que alguns aglomerados estelares massivos (aglomerados globulares) hospedam uma massa intermediária buraco negro (IMBH)”, Fujii explica a motivação do projeto de pesquisa. “Um IMBH é um buraco negro com uma massa de 100-10.000 massas solares. Até agora, não houve nenhuma evidência teórica forte que mostre a existência de IMBH com 1.000-10.000 massas solares em comparação com massas menos massivas (massa estelar) e mais massivas (supermassivas).
Aglomerado de estrelas se formando em uma nuvem molecular gigante reproduzida pela simulação. Esta imagem é baseada na simulação. Os pontos azuis representam estrelas individuais. As cores escuras e brilhantes indicam as temperaturas dos gases (frio e quente). Visualizado por Takaaki Takeda (VASA Entertainment Inc.). Crédito: Michiko Fujii e Takaaki Takeda. 2024
Desafios e insights de simulação
Os ninhos de parto podem evocar imagens de calor e tranquilidade. Não é assim com as estrelas. Aglomerados de estrelas globulares se formam em turbulência. As diferenças de densidade primeiro fazem com que as estrelas colidam e se fundam. À medida que as estrelas continuam a fundir-se e a crescer, as forças gravitacionais crescem com elas. As repetidas colisões estelares na região central e densa dos aglomerados globulares são chamadas de colisões descontroladas. Eles podem levar ao nascimento de estrelas muito massivas com mais de 1.000 massas solares. Estas estrelas poderiam potencialmente evoluir para IMBHs.
No entanto, simulações anteriores de aglomerados já formados sugeriram que os ventos estelares sopram a maior parte da sua massa, deixando-os demasiado pequenos. Para investigar se os IMBHs poderiam “sobreviver”, os pesquisadores precisaram simular um aglomerado enquanto ele ainda estava em formação.
“As simulações de formação de aglomerados estelares foram desafiadoras devido ao custo da simulação”, diz Fujii. “Pela primeira vez, realizamos com sucesso simulações numéricas da formação de aglomerados globulares, modelando estrelas individuais. Ao resolver estrelas individuais com uma massa realista para cada uma, poderíamos reconstruir as colisões de estrelas num ambiente compactado. Para estas simulações, desenvolvemos um novo código de simulação, no qual poderíamos integrar milhões de estrelas com alta precisão.”
Omega Centauri, um aglomerado globular na galáxia Via Láctea. Este aglomerado globular pode hospedar um buraco negro de massa intermediária. Crédito: ESO
Direções de pesquisas futuras
Na simulação, as colisões descontroladas levaram de facto à formação de estrelas muito massivas que evoluíram para buracos negros de massa intermédia. Os pesquisadores também descobriram que a relação de massa entre o aglomerado e o IMBH correspondia às observações que motivaram originalmente o projeto.
“Nosso objetivo final é simular galáxias inteiras resolvendo estrelas individuais”, aponta Fujii para pesquisas futuras. “Ainda é difícil simular via Lácteagaláxias de tamanho grande resolvendo estrelas individuais usando supercomputadores atualmente disponíveis. No entanto, seria possível simular galáxias menores, como galáxias anãs. Também queremos atingir os primeiros aglomerados, aglomerados de estrelas formados no universo primitivo. Os primeiros clusters também são locais onde os IMBHs podem nascer.”
Referência: “Simulações prevêem a formação de buracos negros de massa intermediária em aglomerados globulares” 30 de maio de 2024, Ciência.
