BURACOS NEGROS SUPERMASSIVOS OU SUAS GALáXIAS? QUAL VEIO PRIMEIRO?

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Há um buraco negro supermassivo no centro de quase todas as galáxias do universo. Como eles chegaram lá? Qual é a relação entre esses buracos negros monstruosos e as galáxias que os cercam?

Toda vez que os astrônomos olham mais longe no Universo, descobrem novos mistérios. Esses mistérios exigem todas as novas ferramentas e técnicas para entender. Esses mistérios levam a mais mistérios. O que estou dizendo é que são tartarugas misteriosas por todo o caminho.

Uma das mais fascinantes é a descoberta de quasares, a compreensão do que são e a revelação de um mistério ainda mais profundo, de onde eles vêm?

Como sempre, estou me adiantando. Primeiro, vamos voltar e falar sobre a descoberta de quasares.

Nos anos 50, os astrônomos examinaram os céus usando radiotelescópios e encontraram uma classe de objetos bizarros no universo distante. Eles eram muito brilhantes e incrivelmente distantes; centenas de milhões ou mesmo bilhões de anos-luz de distância. Os primeiros foram descobertos no espectro de rádio, mas, com o tempo, os astrônomos descobriram ainda mais brilho no espectro visível.

O astrônomo Hong-Yee Chiu cunhou o termo “quasar”, que significava objeto quase-estelar. Eles eram como estrelas, brilhando a partir de uma única fonte pontual, mas claramente não eram estrelas, brilhando com mais radiação do que uma galáxia inteira.

Ao longo das décadas, os astrônomos descobriram a natureza dos quasares, aprendendo que na verdade eram buracos negros, alimentando ativamente e detonando radiação, a bilhões de anos-luz de distância.

Mas eles não eram os buracos negros de massa estelar, que se sabe serem da morte de estrelas gigantes. Estes eram buracos negros supermassivos, com milhões ou até bilhões de vezes a massa do Sol.

Já na década de 1970, os astrônomos consideravam a possibilidade de que houvesse esses buracos negros supermassivos no coração de muitas outras galáxias, até a Via Láctea.

Em 1974, os astrônomos descobriram uma fonte de rádio no centro da Via Láctea emitindo radiação. Foi intitulado Sagitário A *, com um asterisco que significa "emocionante", bem, na perspectiva de "átomos animados".

Isso corresponderia às emissões de um buraco negro supermassivo que não estava se alimentando ativamente de material. Nossa própria galáxia poderia ter sido um quasar no passado ou no futuro, mas, no momento, o buraco negro estava praticamente silencioso, além dessa radiação sutil.

Os astrônomos precisavam ter certeza, então eles realizaram uma pesquisa detalhada do centro da Via Láctea no espectro infravermelho, o que lhes permitiu ver através do gás e da poeira que obscurecem o núcleo na luz visível.

Eles descobriram um grupo de estrelas orbitando a estrela A de Sagitário, como cometas orbitando o Sol. Somente um buraco negro com milhões de vezes a massa do Sol poderia fornecer o tipo de âncora gravitacional para movimentar essas estrelas em órbitas tão bizarras.

Pesquisas posteriores encontraram um buraco negro supermassivo no coração da galáxia de Andrômeda; de fato, parece que esses monstros estão no centro de quase todas as galáxias do universo.

Mas como eles se formaram? De onde eles vieram? A galáxia se formou primeiro e fez com que o buraco negro se formasse no meio, ou se formou e construiu uma galáxia ao seu redor?

Até recentemente, esse ainda era um dos grandes mistérios não resolvidos da astronomia. Dito isto, os astrônomos fizeram muitas pesquisas, usando observatórios cada vez mais sensíveis, elaboraram suas teorias e agora estão reunindo evidências para ajudar a chegar ao fundo desse mistério.

Os astrônomos desenvolveram dois modelos de como a estrutura em larga escala do Universo se reunia: de cima para baixo e de baixo para cima.

No modelo de cima para baixo, um superaglomerado galáctico inteiro se formou de uma enorme nuvem de hidrogênio primordial que restava do Big Bang. O valor de um superaglomerado de estrelas.

Quando a nuvem se juntou, ela girou, expulsando espirais menores e galáxias anãs. Estes poderiam ter se combinado mais tarde para formar a estrutura mais complexa que vemos hoje. Os buracos negros supermassivos teriam se formado como os densos núcleos dessas galáxias quando se juntassem.

Se você quiser entender isso, pense no berçário estelar que formou nosso Sol e em um monte de outras estrelas. Imagine uma única nuvem de gás e poeira formando vários sistemas de estrelas dentro dela. Com o tempo, as estrelas amadureceram e se afastaram uma da outra.

Isso é de cima para baixo. Um grande evento que leva à estrutura que vemos hoje.

No modelo de baixo para cima, bolsões de gás e poeira se acumulavam em massas cada vez maiores, eventualmente formando galáxias anãs e até os aglomerados e super aglomerados que vemos hoje. Os buracos negros supermassivos no coração das galáxias foram cultivados a partir de colisões e fusões entre buracos negros ao longo de eras.

De fato, é assim que os astrônomos pensam que os planetas do Sistema Solar se formaram. Por pedaços de poeira que se atraem em grãos cada vez maiores, até que os objetos do tamanho de um planeta se formem por milhões de anos.

De baixo para cima, peças pequenas se juntam.

Logo após o Big Bang, todo o Universo ficou incrivelmente denso. Mas não havia a mesma densidade em todos os lugares. Pequenas flutuações quânticas na densidade no início evoluíram ao longo de bilhões de anos de expansão nos superaglomerados galácticos que vemos hoje.

Eu quero parar e deixar isso afundar em seu cérebro por um segundo. Havia variações microscópicas na densidade no início do Universo. E essas variações se tornaram as estruturas de centenas de milhões de anos-luz que vemos hoje.

Imagine as duas forças em jogo quando a expansão do Universo aconteceu. Por um lado, você tem a gravidade mútua das partículas se juntando. E por outro lado, você tem a expansão do Universo separando as partículas uma da outra. O tamanho das galáxias, aglomerados e superaglomerados foi decidido pelo ponto de equilíbrio dessas forças opostas.

Se pequenos pedaços se juntassem, você obteria a formação de baixo para cima. Se pedaços grandes se juntassem, você receberia a formação de cima para baixo.

Quando os astrônomos olham para o Universo nas maiores escalas, observam aglomerados e super aglomerados até onde podem ver - o que suporta o modelo de cima para baixo.

Por outro lado, as observações mostram que as primeiras estrelas se formaram apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang, que suporta de baixo para cima.

Então a resposta é ambas?

Não, as observações mais modernas dão margem aos processos de baixo para cima.

A chave é que a gravidade se move na velocidade da luz, o que significa que as interações gravitacionais entre as partículas que se espalham umas pelas outras precisavam ser alcançadas, indo na velocidade da luz.

Em outras palavras, você não obteria o material de um superaglomerado, apenas o material de uma estrela. Mas essas primeiras estrelas foram feitas de hidrogênio e hélio puro e poderiam crescer muito mais do que as estrelas que temos hoje. Eles viveriam rápido e morreriam em explosões de supernovas, criando muito mais buracos negros do que hoje.

As primeiras protogalaxias se reuniram, reunindo esses primeiros monstros buracos negros e as estrelas massivas que os cercavam. E então, ao longo de milhões e bilhões de anos, esses buracos negros se fundiram uma e outra vez, acumulando milhões e até bilhões de vezes a massa do Sol. Foi assim que obtivemos as galáxias modernas que vemos hoje.

Houve uma observação recente que apóia esta conclusão. No início deste ano, os astrônomos anunciaram a descoberta de buracos negros supermassivos no centro de galáxias relativamente pequenas. Em nossa própria Via Láctea, o buraco negro supermassivo é 4,1 milhões de vezes a massa do Sol, mas representa apenas 0,01% da massa total da galáxia.

Mas astrônomos da Universidade de Utah encontraram duas galáxias ultra compactas com buracos negros de 4,4 milhões e 5,8 milhões de vezes a massa do Sol, respectivamente. E, no entanto, os buracos negros representam 13 e 18% da massa de suas galáxias hospedeiras.

O pensamento é que essas galáxias já foram normais, mas colidiram com outras galáxias no início da história do Universo, foram despidas de suas estrelas e depois foram cuspidas para vagar pelo cosmos.

Eles são vítimas desses primeiros eventos de fusão, evidência da carnificina que aconteceu no início do Universo quando as fusões estavam acontecendo.

Nós sempre conversamos sobre os mistérios não resolvidos do Universo, mas esse é o que os astrônomos estão começando a descobrir.

Parece muito provável que a estrutura do Universo que vemos hoje se formou de baixo para cima. As primeiras estrelas se uniram em protogalaxias, morrendo como supernova para formar os primeiros buracos negros. A estrutura do Universo que vemos hoje é o resultado final de bilhões de anos de formação e destruição. Com os buracos negros supermassivos se juntando ao longo do tempo.

Quando telescópios como James Webb começarem a trabalhar, poderemos ver essas peças se unindo, na extremidade do universo observável.