Fechamento Do Disco De Acreção De Buraco Negro Supermassivo ilustração
Publicidade

Uma equipe de pesquisa da Penn State aprimorou nossa compreensão do crescimento de buracos negros supermassivos integrando dados de raios X e simulações de formação de galáxias. As suas descobertas revelam que o crescimento dos buracos negros é impulsionado principalmente pela acreção, com as fusões a desempenhar um papel secundário, especialmente no universo primitivo. Estas informações ajudam a explicar o rápido crescimento dos buracos negros durante as fases mais jovens do Universo.

Os pesquisadores combinaram pesquisas de raios X e simulações de supercomputadores para rastrear 12 bilhões de anos de crescimento de buracos negros cósmicos.

Suas descobertas revelam que buraco negro o crescimento é impulsionado principalmente pela acumulação, com as fusões desempenhando um papel secundário, especialmente no universo inicial. Estas informações ajudam a explicar o rápido crescimento dos buracos negros durante as fases mais jovens do Universo.

Como os buracos negros supermassivos se tornam supermassivos?

Ao combinar observações de raios-X de vanguarda com simulações de supercomputadores de última geração da formação de galáxias ao longo da história cósmica, os investigadores forneceram a melhor modelação até à data do crescimento dos buracos negros supermassivos encontrados nos centros das galáxias. Utilizando esta abordagem híbrida, uma equipa de investigação liderada por astrónomos da Penn State obteve uma imagem completa do crescimento dos buracos negros ao longo de 12 mil milhões de anos, desde a infância do Universo, com cerca de 1,8 mil milhões de anos, até aos 13,8 mil milhões de anos atuais.

A pesquisa compreende dois artigos, um publicado em O Jornal Astrofísico em abril de 2024, e um ainda inédito que será submetido à mesma revista. Os resultados serão apresentados na 244ª reunião da American Astronomical Society, realizada de 9 a 13 de junho no Monona Terrace Convention Center em Madison, Wisconsin. Os resultados foram apresentados durante uma conferência de imprensa que foi transmitida ao vivo e está disponível para visualização agora:

Publicidade

Mecanismos de crescimento de buracos negros supermassivos

“Os buracos negros supermassivos nos centros das galáxias têm milhões a bilhões de vezes a massa do Sol”, disse Fan Zou, estudante de graduação na Penn State e primeiro autor dos artigos. “Como eles se tornam monstros? Esta é uma questão que os astrónomos estudam há décadas, mas tem sido difícil rastrear todas as formas como os buracos negros podem crescer de forma fiável.”

Os buracos negros supermassivos crescem através de uma combinação de dois canais principais. Consomem gás frio da sua galáxia hospedeira — um processo chamado acreção — e podem fundir-se com outros buracos negros supermassivos quando as galáxias colidem.

Fontes de dados e medição de acréscimo

“Durante o processo de consumo de gás das suas galáxias hospedeiras, os buracos negros irradiam fortes raios X, e esta é a chave para acompanhar o seu crescimento por acreção,” disse W. Niel Brandt, Professor de Astronomia e Astrofísica da Eberly Family Chair e professor de física na Penn State e líder da equipe de pesquisa. “Medimos o crescimento impulsionado pelo acréscimo usando dados de pesquisas de raios X do céu acumulados ao longo de mais de 20 anos de três das mais poderosas instalações de raios X já lançadas ao espaço.”

A equipe de pesquisa utilizou dados complementares de NASAObservatório de Raios X Chandra, o Agência Espacial Europeiaa Missão Multi-Espelho de Raios X de Newton (XMM-Newton) e o telescópio eROSITA do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre. No total, mediram o crescimento impulsionado pela acreção numa amostra de 1,3 milhões de galáxias que continham mais de 8.000 buracos negros em rápido crescimento.

Crescimento supermassivo do buraco negro
Publicidade

Os pesquisadores forneceram a melhor modelagem até o momento do crescimento dos buracos negros supermassivos encontrados nos centros das galáxias, combinando observações de raios X das instalações de raios X mais poderosas já lançadas no espaço com simulações de supercomputadores da formação de galáxias sobre o espaço cósmico. história. À esquerda está uma imagem que combina observações de raios X (azul) e ópticas (vermelho, verde e azul) e à direita está uma densidade simulada de coluna de gás a partir de simulações cosmológicas usando IllustrisTNG. A emissão de raios X observada provém principalmente da acumulação de buracos negros supermassivos, conforme representado na ilustração do artista (detalhe). O comprimento do lado menor da figura cobre o mesmo tamanho aparente da Lua cheia no céu. Crédito: F. Zou (Penn State) et al.; Observações: A Colaboração XMM-SERVS; Simulações: A Colaboração TNG; Ilustração: Nahks TrEhnl (Penn State)

“Todas as galáxias e buracos negros da nossa amostra estão muito bem caracterizados em múltiplos comprimentos de onda, com medições excelentes nas bandas infravermelha, óptica, ultravioleta e de raios X”, disse Zou. “Isto permite conclusões robustas, e os dados mostram que, em todas as épocas cósmicas, as galáxias mais massivas desenvolveram os seus buracos negros por acreção mais rapidamente. Com a qualidade dos dados, conseguimos quantificar este importante fenômeno muito melhor do que em trabalhos anteriores.”

Fusões e crescimento simulado

A segunda maneira pela qual os buracos negros supermassivos crescem é através de fusões, onde dois buracos negros supermassivos colidem e se fundem para formar um único buraco negro ainda mais massivo. Para acompanhar o crescimento por meio de fusões, a equipe usou IllustrisTNGum conjunto de simulações de supercomputadores que modelam a formação, evolução e fusão de galáxias logo após o Big Bang até o presente.

Publicidade

“Na nossa abordagem híbrida, combinamos o crescimento observado por acreção com o crescimento simulado através de fusões para reproduzir a história de crescimento de buracos negros supermassivos”, disse Brandt. “Com esta nova abordagem, acreditamos ter produzido a imagem mais realista do crescimento dos buracos negros supermassivos até aos dias de hoje.”

Impacto e padrões históricos de crescimento

Os investigadores descobriram que, na maioria dos casos, a acreção dominou o crescimento dos buracos negros. As fusões deram contribuições secundárias notáveis, especialmente ao longo dos últimos 5 mil milhões de anos do tempo cósmico, para os buracos negros mais massivos. No geral, os buracos negros supermassivos de todas as massas cresceram muito mais rapidamente quando o Universo era mais jovem. Por causa disto, o número total de buracos negros supermassivos foi quase liquidado há 7 mil milhões de anos, enquanto no passado muitos novos buracos continuaram a surgir no Universo.

“Com a nossa abordagem, podemos rastrear como os buracos negros centrais no universo local provavelmente cresceram ao longo do tempo cósmico”, disse Zou. “Como exemplo, consideramos o crescimento do buraco negro supermassivo no centro do nosso via Láctea Galáxia, que tem uma massa de 4 milhões de massas solares. Os nossos resultados indicam que o buraco negro da nossa Galáxia provavelmente cresceu relativamente tarde no tempo cósmico.”

Referência: “Mapeando o crescimento de buracos negros supermassivos em função da massa estelar da galáxia e do desvio para o vermelho” por Fan Zou, Zhibo Yu, WN Brandt, Hyungsuk Tak, Guang Yang e Qingling Ni, 29 de março de 2024, O Jornal Astrofísico.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad27cc

Além de Zou e Brandt, a equipe de pesquisa inclui Zhibo Yu, estudante de pós-graduação na Penn State; Hyungsuk Tak, professor assistente de estatística e de astronomia e astrofísica na Penn State; Elena Gallo, da Universidade de Michigan; Bin Luo, da Universidade de Nanjing, na China; Qingling Ni no Instituto Max Planck de Física Extraterrestre na Alemanha; Yongquan Xue, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China; e Guang Yang na Universidade de Groningen, na Holanda.

O financiamento da National Science Foundation dos EUA, do Chandra X-ray Center e da Penn State apoiou este trabalho. O trabalho também foi viabilizado pelo compartilhamento do IllustrisTNG resultados de simulação com a comunidade científica.



Share. Facebook Twitter Pinterest LinkedIn Tumblr Email

Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.