Um novo estudo prevê a existência de massas maiores que buracos negros supermassivos no universo

Perto do centro da Via Láctea existe um objeto massivo que os astrônomos chamam de Sagitário A*. Este buraco negro “supermassivo” pode ter crescido junto com a nossa galáxia e não está sozinho. Os cientistas acreditam que um gigante semelhante está no coração de quase todas as grandes galáxias do universo.

Alguns deles podem ficar muito grandes, disse Joseph Simon, pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Astrofísica e Ciências Planetárias da Universidade de Colorado Boulder.

“O buraco negro no centro da nossa galáxia é milhões de vezes mais massivo que o Sol, mas também vemos outros que pensamos serem bilhões de vezes a massa do Sol”, disse ele.

O astrofísico dedicou sua carreira ao estudo do comportamento desses objetos difíceis de observar. Em um estudo recente, ele usou simulações de computador, ou “modelos”, para prever as massas dos maiores buracos negros supermassivos do universo – um conceito matemático conhecido como função de massa do buraco negro.

Em outras palavras, Simon procurou determinar o que você poderia encontrar se pudesse colocar cada um desses buracos negros um após o outro em uma escala gigantesca.

Seus cálculos sugerem que bilhões de anos atrás, os buracos negros podem ter sido muito maiores, em média, do que os cientistas suspeitavam anteriormente. As descobertas podem ajudar os pesquisadores a resolver um mistério maior, elucidando as forças que moldaram objetos como Sagitário A* à medida que cresciam de minúsculos buracos negros para os gigantes que são hoje.

“Estamos começando a ver de uma variedade de fontes diferentes que havia coisas muito massivas no universo desde o início”, disse Simon.

Ele publicou suas descobertas em 30 de maio em Cartas do Diário Astrofísico.

Sinfonia Galáctica

Para Simon, essas “coisas muito volumosas” são seu pão com manteiga.

O astrofísico faz parte de um segundo esforço de pesquisa chamado North American Nanohertz Gravitational-Wave Observatory (NANOGrav). Com o projeto, Simon e centenas de outros cientistas nos Estados Unidos e no Canadá passaram 15 anos pesquisando um fenômeno conhecido como “fundo de onda gravitacional”. O conceito refere-se ao fluxo constante de ondas gravitacionais, ou ondulações gigantes no espaço e no tempo, que ondulam pelo universo de forma quase constante.

Esse momento cósmico também tem origem em buracos negros supermassivos. Simon explicou que se duas galáxias colidissem uma com a outra no espaço, os buracos negros centrais também poderiam colidir e até se fundir. Eles giram antes de colidir como dois pratos em uma orquestra – só que esse prato gera ondas gravitacionais, literalmente deformando o tecido do universo.

Para entender o pano de fundo das ondas gravitacionais, os cientistas primeiro precisam saber quão massivos são os buracos negros supermassivos do universo. Pratos maiores criam uma explosão maior e produzem muito mais ondas gravitacionais, disse Simon.

Há apenas um problema.

“Já temos boas medições das massas dos buracos negros supermassivos de nossa galáxia e das galáxias próximas”, disse ele. “Não temos os mesmos tipos de medidas para galáxias distantes. Só temos que adivinhar.”

Os buracos negros estão em ascensão

Em sua nova pesquisa, Simon decidiu adivinhar de uma maneira completamente nova.

Primeiro, ele coletou informações sobre centenas de milhares de galáxias, algumas com bilhões de anos. (A luz só pode viajar tão rápido, então quando os humanos observam galáxias distantes, eles estão olhando para trás no tempo.) Simon usou essa informação para calcular as massas aproximadas dos buracos negros para as maiores galáxias do universo. Em seguida, ele usou modelos de computador para simular as ondas gravitacionais de fundo que essas galáxias criariam e que atualmente banham a Terra.

As descobertas de Simon revelam toda a gama de massas de buracos negros supermassivos no universo que datam de quase 4 bilhões de anos. Ele também notou algo estranho: parecia haver muito mais galáxias grandes espalhadas pelo universo bilhões de anos atrás do que alguns estudos anteriores haviam previsto. Não fazia sentido.

“Havia uma expectativa de que você só veria esses sistemas realmente massivos no universo próximo”, disse Simon. “Leva tempo para os buracos negros crescerem.”

No entanto, sua pesquisa contribui para um crescente corpo de evidências que sugere que eles podem não precisar de tanto tempo quanto os astrofísicos acreditavam. Por exemplo, a equipe do NANOGrav viu sinais semelhantes de buracos negros gigantes à espreita no universo bilhões de anos atrás.

Por enquanto, Simon espera explorar toda a gama de buracos negros que se estendem ainda mais para trás no tempo, revelando pistas sobre como a Via Láctea e, eventualmente, nosso sistema solar surgiram.

“Entender as massas dos buracos negros é fundamental para algumas dessas questões fundamentais, como o pano de fundo das ondas gravitacionais, mas também como as galáxias crescem e como nosso universo evoluiu”, disse Simon.