É um dos quebra-cabeças da cosmologia e da evolução estelar: como os buracos negros supermassivos ficaram tão ... bem, supermassivo…no início do Universo, quando aparentemente ainda não havia tempo suficiente para eles acumularem sua massa apenas através de processos de acreção constante? Demora um pouco para consumir um bilhão de massas solares de matéria, mesmo com um apetite saudável e muito ao alcance gravitacional. Mas ainda existem: buracos negros monstruosos são comuns em algumas das galáxias mais distantes, exibindo seu crescimento precoce, mesmo quando o Universo estava apenas comemorando seu bilionésimo aniversário.
Agora, descobertas recentes de pesquisadores da Caltech sugerem que essas PMEs antigas foram formadas pela morte de certos tipos de estrelas gigantes primordiais, dinossauros estelares exóticos que cresceram e morreram jovens. Durante seu violento colapso, não apenas um, mas dois buracos negros são formados, cada um reunindo sua própria massa antes de eventualmente se unir em um único monstro supermassivo.
Assista a uma simulação e descubra mais sobre como isso acontece abaixo:
De um artigo da Caltech de Jessica Stoller-Conrad:
Para investigar as origens dos jovens buracos negros supermassivos, Christian Reisswig, pós-doutorado em astrofísica da NASA Einstein em Caltech e Christian Ott, professor assistente de astrofísica teórica, se voltaram para um modelo envolvendo estrelas supermassivas. Pensa-se que essas estrelas gigantes e exóticas tenham existido por apenas um breve período no Universo primitivo.
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Ao contrário das estrelas comuns, as estrelas supermassivas são estabilizadas contra a gravidade principalmente por sua própria radiação de fótons. Em uma estrela muito massiva, a radiação de fótons - o fluxo externo de fótons que é gerado devido às temperaturas interiores muito altas da estrela - empurra o gás da estrela para fora em oposição à força gravitacional que puxa o gás de volta.
Durante sua vida, uma estrela supermassiva esfria lentamente devido à perda de energia através da emissão de radiação de fótons. À medida que a estrela esfria, ela se torna mais compacta e sua densidade central aumenta lentamente. Esse processo dura alguns milhões de anos até que a estrela alcance compactação suficiente para que a instabilidade gravitacional se instale e que a estrela comece a entrar em colapso gravitacional.
Estudos anteriores previram que, quando as estrelas supermassivas colapsam, elas mantêm uma forma esférica que possivelmente se torna achatada devido à rotação rápida. Essa forma é chamada de configuração axissimétrica. Incorporando o fato de que estrelas em rápida rotação são propensas a pequenas perturbações, Reisswig e seus colegas previram que essas perturbações poderiam fazer com que as estrelas se desviassem paranãoformas -axisimétricas durante o colapso. Tais perturbações inicialmente minúsculas cresceriam rapidamente, fazendo com que o gás dentro da estrela em colapso se aglomerasse e formasse fragmentos de alta densidade.
"O crescimento de buracos negros em escalas supermassivas no universo jovem parece apenas possível se a massa de 'semente' do objeto em colapso já for suficientemente grande."
- Christian Reisswig, bolsista de pós-doutorado da NASA Einstein na Caltech
Esses fragmentos orbitam o centro da estrela e se tornam cada vez mais densos à medida que captam matéria durante o colapso; eles também aumentariam de temperatura. E então, Reisswig diz, "um efeito interessante entra em ação". A temperaturas suficientemente altas, haveria energia suficiente disponível para combinar elétrons e suas antipartículas, ou pósitrons, no que é conhecido como pares elétron-pósitron. A criação de pares elétron-pósitron causaria uma perda de pressão, acelerando ainda mais o colapso; Como resultado, os dois fragmentos em órbita acabariam se tornando tão densos que um buraco negro poderia se formar a cada grupo. O par de buracos negros pode espiralar um ao outro antes de se fundir para se tornar um grande buraco negro.
"Esta é uma nova descoberta", diz Reisswig. "Ninguém jamais previu que uma única estrela em colapso pudesse produzir um par de buracos negros que então se fundiam."
Esses achados foram publicados em Cartas de Revisão Física a semana de 11 de outubro. Fonte: Artigo de notícias Caltech de Jessica Stoller-Conrad.
