Como foram formados os primeiros buracos negros supermassivos do Universo? Um novo modelo da evolução de galáxias e buracos negros mostra colisões que mostram que galáxias em colisão provavelmente geraram buracos negros que se formaram cerca de 13 bilhões de anos atrás. A descoberta preenche um capítulo ausente da história inicial do nosso universo e pode ajudar a escrever o próximo capítulo - no qual os cientistas entendem melhor como a gravidade e a matéria escura formaram o universo como o conhecemos.
Após a recente descoberta de que as galáxias se formaram muito mais cedo na história do Universo do que se pensava, Stelios Kazantzidis, da Universidade Estadual de Ohio e sua equipe, criaram novas simulações de computador que mostram que os primeiros buracos negros supermassivos provavelmente nasceram quando essas galáxias primárias colidiram e se fundiram. Provavelmente isso aconteceu durante os primeiros bilhões de anos após o Big Bang.
"Nossos resultados acrescentam um novo marco à importante compreensão de como a estrutura se forma no universo", disse Kazantzidis.
Anteriormente, os astrônomos pensavam que as galáxias evoluíram hierarquicamente, onde a gravidade reunia pequenos pedaços de matéria primeiro e esses pequenos pedaços gradualmente se reuniam para formar estruturas maiores.
Mas os novos modelos invertem essa noção.
"Juntamente com essas outras descobertas, nosso resultado mostra que grandes estruturas - galáxias e buracos negros maciços - se acumulam rapidamente na história do universo", disse ele. “Surpreendentemente, isso é contrário à formação da estrutura hierárquica. O paradoxo é resolvido quando se percebe que a matéria escura cresce hierarquicamente, mas a matéria comum não. A matéria normal que compõe galáxias visíveis e buracos negros supermassivos entra em colapso com mais eficiência, e isso também era verdade quando o universo era muito jovem, dando origem à formação anti-hierárquica de galáxias e buracos negros. ”
Então, isso significa que grandes galáxias e buracos negros supermassivos se reúnem rapidamente, e pedaços menores como a nossa própria Via Láctea - e o relativamente pequeno buraco negro no centro - se formam mais lentamente. As galáxias que formaram os primeiros buracos negros supermassivos ainda estão por aí, disse Kazantzidis.
As novas simulações feitas em supercomputadores foram capazes de resolver recursos 100 vezes menores e revelaram detalhes no coração das galáxias mescladas em uma escala inferior a um ano-luz.
Por causa disso, os astrônomos conseguiram ver duas coisas: primeiro, o gás e a poeira no centro das galáxias se condensaram para formar um disco nuclear rígido. Então o disco ficou instável, e o gás e a poeira se contraíram novamente, para formar uma nuvem ainda mais densa que acabou gerando um buraco negro supermassivo.
As implicações para a cosmologia são abrangentes, disse Kazantzidis.
"Por exemplo, a idéia padrão - de que as propriedades de uma galáxia e a massa de seu buraco negro central estão relacionadas porque as duas crescem em paralelo - terá que ser revisada. Em nosso modelo, o buraco negro cresce muito mais rápido que a galáxia. Por isso, pode ser que o buraco negro não seja regulado pelo crescimento da galáxia. Pode ser que a galáxia seja regulada pelo crescimento do buraco negro. ”
Esse novo modelo também pode ajudar os astrônomos que estão pesquisando nos céus por evidências diretas da teoria da relatividade geral de Einstein: ondas gravitacionais.
De acordo com a relatividade geral, qualquer fusão de galáxias antigas criaria ondas gravitacionais maciças - ondulações no continuum espaço-tempo - cujos remanescentes ainda deveriam estar visíveis hoje.
Novos detectores de ondas gravitacionais, como a antena espacial interferômetro a laser da NASA, foram projetados para detectar essas ondas diretamente e abrir uma nova janela para fenômenos astrofísicos e físicos que não podem ser estudados de outras maneiras.
Os cientistas precisam saber como os buracos negros supermassivos se formaram no universo primitivo e como eles estão distribuídos no espaço hoje para interpretar os resultados desses experimentos. As novas simulações de computador devem fornecer uma pista.
Veja este link para vídeos dos modelos de colisões de galáxias.
Fonte: Universidade Estadual de Ohio
