Um dos principais objetivos científicos dos observatórios da próxima geração (como o Telescópio Espacial James Webb) foi observar as primeiras galáxias do Universo – aquelas que existiam na Aurora Cósmica. Este período é quando as primeiras estrelas, galáxias e buracos negros do nosso Universo se formaram, cerca de 50 milhões a mil milhões de anos após o Big Bang. Ao examinar como estas galáxias se formaram e evoluíram durante os primeiros períodos cosmológicos, os astrónomos terão uma imagem completa de como o Universo mudou ao longo do tempo.
Conforme abordado em artigos anteriores, os resultados de Webbas observações mais distantes revelaram algumas surpresas. Além de revelar que as galáxias se formaram rapidamente no Universo primordial, os astrónomos também notaram que estas galáxias tinham buracos negros supermassivos (SMBH) particularmente massivos nos seus centros. Isto foi particularmente confuso porque, de acordo com os modelos convencionais, estas galáxias e buracos negros não tiveram tempo suficiente para se formarem. Num estudo recente, uma equipa liderada por astrónomos da Penn State desenvolveu um modelo que poderia explicar como os SMBHs cresceram tão rapidamente no Universo primordial.
A equipe de pesquisa foi liderada por W.Niel Brandt, Professor da Cátedra da Família Eberly de Astronomia e Astrofísica no Eberly College of Science da Penn State. Sua pesquisa é descrita em dois artigos apresentados no 244ª reunião da Sociedade Astronômica Americana (AAS224), que aconteceu de 9 a 13 de junho em Madison, Wisconsin. Seu primeiro artigo, “Mapeando o crescimento de buracos negros supermassivos em função da massa estelar da galáxia e do desvio para o vermelho”, apareceu em 29 de março em O Jornal Astrofísicoenquanto o segundo está pendente de publicação. Fã Zouum estudante de pós-graduação do Eberly College, foi o autor principal de ambos os artigos.
Como observam nos seus artigos, as SMBHs crescem através de dois canais principais: acumulando gás frio da sua galáxia hospedeira ou fundindo-se com as SMBHs de outras galáxias. Quando se trata de acreção, pesquisas anteriores mostraram que a taxa de acreção de um buraco negro (BHAR) está fortemente ligada à massa estelar da sua galáxia e ao desvio para o vermelho da sua população estelar geral. “Os buracos negros supermassivos nos centros das galáxias têm milhões a bilhões de vezes a massa do Sol”, explicou Zhou em um recente relatório da NASA. Comunicado de imprensa. 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.”
Para sua pesquisa, a equipe se baseou em dados avançados de pesquisas de raios X do céu, obtidos pelo laboratório da NASA. Observatório de raios X Chandrao raio X da ESA Missão Multi-Espelho-Newton (XMM-Newton) e o Instituto Max Planck de Física Extraterrestre’ Telescópio eROSITA. Eles mediram o crescimento impulsionado pela acreção em uma amostra de 8.000 núcleos galácticos ativos (AGNs) localizados em 1,3 milhão de galáxias. Isto foi combinado com IllustrisTNG, um conjunto de simulações cosmológicas de última geração que modelam a formação, evolução e fusões de galáxias desde o Cosmic Dawn até o presente. Esta abordagem combinada forneceu a melhor modelagem até o momento do crescimento das SMBH nos últimos 12 bilhões de anos. Disse Brandt:
“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. Medimos o crescimento impulsionado pelo acréscimo usando dados de levantamento do céu por raios X acumulados ao longo de mais de 20 anos de três das mais poderosas instalações de raios X já lançadas ao espaço.
“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. Com esta nova abordagem, acreditamos ter produzido a imagem mais realista do crescimento dos buracos negros supermassivos até aos dias de hoje.”
Os seus resultados indicam que os SMBHs de todas as massas cresceram muito mais rapidamente quando o Universo era mais jovem e que a acreção foi o principal motor do crescimento dos buracos negros na maioria dos casos. Observaram também que as fusões deram contribuições secundárias notáveis, especialmente as maiores PME durante os últimos 5 mil milhões de anos. Isto sugere que novos SMBHs continuaram a emergir durante o Universo primordial, mas o processo de formação foi praticamente resolvido por volta de ca. 7 bilhões de anos atrás. Como Zou concluiu:
“Com a nossa abordagem, podemos rastrear como os buracos negros centrais no universo local provavelmente cresceram ao longo do tempo cósmico. Como exemplo, consideramos o crescimento do buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia, a Via Láctea, 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.”
Além de Zou e Brandt, a equipe internacional era composta por pesquisadores do Instituto de Gravitação e do Cosmos e os Departamentos de Física, Estatística e Astronomia e Astrofísica da Penn State. Outros membros da equipe incluíram pesquisadores da Universidade de Michigan, da Universidade de Nanjing na China, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China, do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre e da Universidade de Groningen na Holanda.
Leitura adicional: Observatório de raios X Chandra, O Jornal Astrofísico
Fonte: InfoMoney
