Astrônomos da NASA podem ter resolvido um dos maiores mistérios de como os buracos negros se formam

Usando dados de grandes observatórios da NASA, astrônomos descobriram a melhor prova ainda para sementes cósmicas no universo primordial que deve crescer em buracos negros supermassivos.

Esta ilustração representa a melhor prova até agora de que o colapso direto de uma nuvem de gás produziu buracos negros supermassivos no início do Universo. Pesquisadores combinaram dados dos telescópios Chandra, Hubble e Spitzer da NASA para fazer essa descoberta. Créditos: NASA / CXC / STScI

Pesquisadores combinaram dados do Observatório da NASA Chandra X-ray, do Telescópio Espacial Hubble e do Telescópio Espacial Spitzer para identificar essas possíveis sementes de buraco negro. Eles discutiram suas descobertas em um artigo que aparecerá na próxima edição da Monthly Notices da Royal Astronomical Society.

"Nossa descoberta, se confirmada, explica como esses buracos negros monstro nasceram", disse Fabio Pacucci da Scuola Normale Superiore (SNS) em Pisa, Itália, que liderou o estudo. "Nós encontramos evidências de que sementes de buracos negros supermassivos podem se formar diretamente a partir do colapso de uma nuvem de gás gigante, pulando qualquer passo intermediário."

Os cientistas acreditam que um buraco negro supermassivo se encontra no centro de quase todas as grandes galáxias, incluindo a nossa própria Via Láctea. Eles descobriram que alguns desses buracos negros supermassivos, que contêm milhões ou até bilhões de vezes a massa do Sol, se formaram menos de um bilhão de anos após o início do universo no Big Bang.

Uma teoria sugere sementes de buracos negros foram construídas puxando gás de seus arredores e por fusões de buracos negros menores, um processo que deve levar muito mais tempo do que os buracos negros que se formam rapidamente.

Estas novas descobertas sugerem vez que alguns dos primeiros buracos negros se formaram diretamente quando uma nuvem de gás se colapsou, ignorando quaisquer outras fases intermediárias, tais como a formação e posterior destruição de uma estrela maciça.

"Há muita controvérsia sobre qual o caminho que esses buracos negros tomam", disse a co-autora Andrea Ferrara, também do SNS. "Nosso trabalho sugere que estamos estreitando uma resposta, onde os buracos negros começam grandes e crescem à taxa normal, em vez de começarem pequenos e crescerem a um ritmo muito rápido."

Os pesquisadores usaram modelos de computador de sementes de buracos negros combinados com um novo método para selecionar candidatos para esses objetos a partir de imagens de longa exposição do Chandra, Hubble e Spitzer. 

A equipe encontrou dois candidatos fortes para sementes de buracos negros. Ambos combinavam com o perfil teórico nos dados de infravermelho,  e também emitem raios-X detectados com o Chandra. Estimativas da sua distância sugerem que eles podem ter sido formados quando o universo tinha menos de um bilhão de anos.

"Sementes de buracos negros são extremamente difíceis de encontrar e detectar", disse Andrea Grazian, uma co-autora do Instituto Nacional de Astrofísica, na Itália. "No entanto, pensamos que a nossa pesquisa descobriu os dois melhores candidatos."

A equipe pretende obter mais observações em raios-X e infravermelho para verificar se esses objetos têm mais das propriedades esperadas para as sementes de buracos negros. Próximos observatórios espaciais, como o James Webb Space Telescope da NASA e do European Extremely Large Telescope vão ajudar em estudos futuros pela detecção da luz a partir de buracos negros mais distantes e menores. Atualmente, os cientistas estão construindo o marco teórico necessário para interpretar os próximos dados, com o objetivo de encontrar os primeiros buracos negros no universo.

"Como cientistas, não podemos dizer neste momento que o nosso modelo é 'o único'", disse Pacucci. "O que realmente acredito é que o nosso modelo é capaz de reproduzir as observações sem a necessidade de suposições razoáveis."

O NASA Marshall Space Flight Center, em Huntsville, Alabama, gerencia o programa Chandra, enquanto o Observatório Astrofísico Smithsonian, em Cambridge, Massachusetts, controla as operações científicas e de voo de Chandra.

O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a Agência Espacial Europeia. O NASA Goddard Space Flight Center em Greenbelt, Maryland, gerencia o telescópio. O Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore realiza operações científicas do Hubble. O STScI é operado pela NASA e pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia em Washington.

O jet Propulsion Laboratory da NASA em Pasadena, Califórnia, administra a missão do telescópio espacial Spitzer, cujas operações científicas são realizadas no Centro de Ciência Spitzer. Operações de naves espaciais são baseados na Lockheed Martin Space Systems Company, Littleton, Colorado.

Traduzido e adaptado da NASA