Usando dados do Chandra e do SDSS, cientistas descobriram evidências de que os buracos negros supermassivos no Universo primordial cresceram intermitentemente nos primeiros mil milhões de anos após o Big Bang.
Crédito: raios-X - NASA/CXC/Universidade de Roma/E. Pezzulli et al.; ilustração - NASA/CXC/M. Weiss
Uma pergunta de longa data da astrofísica é: como e quando é que os buracos negros supermassivos surgiram e cresceram no início do Universo? Uma nova investigação, usando o Observatório de raios-X Chandra da NASA e o SDSS (Sloan Digital Sky Survey), sugere que a resposta a esta pergunta encontra-se na forma como os buracos negros gigantes podem consumir o material nos primeiros um bilhão de anos após o Big Bang.
Os astrônomos determinaram que o Big Bang ocorreu há cerca de 13,8 bilhões de anos e têm evidências, graças ao SDSS, da existência de buracos negros supermassivos com massas um bilhão de vezes superiores à do Sol há 12,8 bilhões de anos. Isto significa que os buracos negros supermassivos cresceram rapidamente nos primeiros um bilhão de anos após o Big Bang. No entanto, os cientistas têm lutado para encontrar sinais destes buracos negros gigantes em rápido crescimento.
"Os buracos negros supermassivos não nascem espontaneamente - precisam de ingerir vastas quantidades de material e isso leva tempo," comenta a autora principal Edwige Pezzulli, estudante de doutoramento da Universidade de Roma, Itália, membro do projeto "FIRST", fundado pelo Conselho Europeu de Investigação. "Estamos a tentar descobrir como é que o fizeram sem emitir muitos sinais indicadores deste crescimento."
Quando o material cai na direção de um buraco negro, torna-se aquecido e produz quantidades imensas de radiação eletromagnética, incluindo grandes quantidades de raios-X. Os buracos negros de rápido crescimento, no Universo primordial, devem ser detetáveis pelo Chandra. No entanto, estes buracos negros supermassivos em crescimento têm provado ser elusivos, pois apenas foram detetados alguns candidatos em observações muito longas do Chandra - como o "Chandra Deep Field-South", a imagem de raios-X mais profunda já obtida -, candidatos estes ainda à espera de confirmação.
Para abordar este enigma, Pezzulli e suas colegas examinaram diferentes modelos teóricos e testaram-nos contra dados óticos do SDSS e raios-X do Chandra. Os seus achados indicam que a alimentação dos buracos negros, nesta época, podia começar abruptamente e durar curtos períodos de tempo, o que significa que este crescimento pode ser difícil de detetar.
"No nosso modelo, apenas cerca de um-terço dos buracos negros estavam ativamente a consumir material e a crescer há 13 bilhões de anos," afirma a coautora Rosa Valiante do INAF (Instituto Nacional de Astrofísica), Itália, membro da equipe FIRST. "Cerca de 200 milhões de anos antes, só 3% dos buracos negros estavam ativamente a comer. O 'timing', ao que parece, é o aspeto mais importante."
As investigadoras chegaram às suas conclusões depois de testar várias hipóteses, todas as quais assumiam que o crescimento dos buracos negros podia exceder o chamado limite de Eddington, onde a pressão externa da radiação oriunda do gás quente equilibra o puxo interno da gravidade do buraco negro.
Os resultados das autoras argumentam contra a possibilidade de que apenas uma pequena fração das galáxias, durante os primeiros bilhões de anos do Universo, continha buracos negros supermassivos. Além disso, embora estes primeiros buracos negros estivessem, provavelmente, obscurecidos por nuvens espessas de material, as autoras descobriram que a maioria dos raios-X seria capaz de as penetrar.
O estudo é baseado na noção de que, quando nasceram, os primeiros buracos negros tinham apenas uma massa de mais ou menos 100 sóis. "Estes buracos negros 'leves' podiam ser os remanescentes da primeira geração de estrelas massivas formadas apenas algumas centenas de milhões de após o Big Bang," comenta a autora Maria Orofino, estudante de doutoramento da Scuola Normale Superiore na Itália.
As investigadoras, uma equipa feminina de cientistas, incluindo Simona Gallerani da Scuola Normale Superiore em Pisa e Tullia Sbarrato da Universidade Bicocca de Milão, Itália, descobriram que os buracos negros podem ganhar tanto "peso" durante os seus relativamente raros surtos de alimentação intensa, que estas "sementes leves" podem alcançar um bilhão de massas solares quando o Universo tinha apenas um bilhão de anos.
"A fim de saber se, em última análise, estamos corretas, vamos temos de observar maiores regiões do céu em raios-X para ver se podemos encontrar os primeiros 'banquetes' dos buracos negros que os nossos modelos previram," comenta Raffaella Schneider, da Universidade Sapienza, Itália, e líder do projeto europeu FIRST. "Os nossos resultados prometem."
O artigo que descreve estes resultados foi publicado na edição de abril de 2017 da revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e está disponível online.
FONTE: http://www.ccvalg.pt
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