O primeiro mistério supermassivo do buraco negro é resolvido?

Esta galáxia, UHZ1, está a 13,2 bilhões de anos-luz de distância, visto quando o universo era apenas 3% de sua idade atual. O Observatório de Raios-X Chandra da NASA e o Telescópio Espacial James Webb uniram forças para fazer esta descoberta. Esta é considerada a melhor evidência até agora de que alguns buracos negros iniciais formaram-se a partir de enormes nuvens de gás. Cortesia NASA/Chandra Um dos enigmas mais intrigantes da cosmologia é a existência de buracos negros supermassivos que parecem aparecer muito cedo na história do Universo. Os astrónomos continuam a encontrá-los às vezes, quando, por tudo o que entendem sobre o Universo Infantil, não deviam estar lá. A teoria padrão da formação de buracos negros sugere que eles não tiveram tempo suficiente para crescer tão grande quanto parecem ser. No entanto, lá estão eles, buracos negros monstros com a massa de pelo menos um bilhão de sóis. O Telescópio Espacial James Webb (JWST) encontrou uma grande população deles em épocas iniciais, e eles foram observados em quasares muito cedo, bem como por missões como o Observatório de Raio X de Chandra. Os cientistas da Universidade da Califórnia Riverside estudaram o papel da matéria escura no cosmos infantil como uma forma de explicar este mistério. Seu trabalho mostra que a decadência da matéria escura pode ter influenciado o nascimento e crescimento dos primeiros buracos negros supermassivos. Isso ainda deixa a questão: de que é feita a matéria escura? De acordo com Yash Aggarwal, líder de equipe e estudante de graduação, partículas de matéria escura podem enviar pequenas quantidades de energia para uma nuvem de gás. Parece uma pequena quantidade, mas dada a quantidade suficiente de matéria escura decaimento e tempo, poderia iniciar o processo de formação do buraco negro. “Nosso estudo sugere que a matéria escura em decomposição poderia remodelar profundamente a evolução das primeiras estrelas e galáxias, com efeitos generalizados em todo o Universo”, disse Aggarwal. “Com o Telescópio Espacial James Webb revelando agora buracos negros mais supermassivos no Universo primitivo, este mecanismo pode ajudar a colmatar o fosso entre teoria e observação.” O Universo antigo contém grandes números de buracos negros supermassivos nos corações das primeiras galáxias. Os buracos negros provavelmente formaram-se a partir de sementes que colapsaram dentro de nuvens de gás de hidrogênio. Jorryt Matthee, EIGER/FRESCO. Como o universo primitivo poderia criar buracos negros supermassivos O Universo primitivo era um lugar intrigante, de acordo com Flip Tanedo, professor de UCR e conselheiro de Aggarwal. “As primeiras galáxias são essencialmente bolas de gás hidrogênio intocado cuja química é incrivelmente sensível à injeção de energia em escala atômica”, disse ele. “Estas são as propriedades que queremos para um detector de matéria escura – a assinatura destes "detectores" pode ser os buracos negros supermassivos que vemos hoje.” Para descobrir o papel da matéria escura naqueles tempos iniciais, a equipe de pesquisa veio com modelos de computador da temperatura e mudanças químicas do gás hidrogênio que existia em épocas iniciais. Eles modelaram seu comportamento na presença de axiões em decomposição. Estas partículas subatômicas são consideradas um candidato viável à matéria escura. Algumas pesquisas sugerem que eles também podem desempenhar outros papéis. Se são matéria escura, então à medida que decai, pode vazar uma pequena quantidade de sua energia no gás e sobrecarregar a taxa de colapso direto. Cada partícula de matéria escura em decomposição só precisaria injetar uma quantidade de energia que é um trilhão de energia de uma única bateria AA. * Esta é a impressão de um artista de um axião, um candidato líder para explicar a matéria escura. Os axions têm sido usados para explicar a matéria escura por pelo menos 40 anos, e podem muito bem ser o culpado na formação dos primeiros buracos negros supermassivos. Cortesia: Colaboração XENON/CNRS* Big Black Holes from Little Seeds A equipe de pesquisa, que incluiu James Dent da Sam Houston State University no Texas e Tao Xu da Universidade de Oklahoma, modelou a dinâmica termoquímica do gás na presença de axions em decomposição. O resultado é uma suposta janela de massas de matéria escura entre 24 e 27 electrões. Estes poderiam influenciar as condições que criam o que são conhecidos como colapso direto de sementes buracos negros. Estes começam com buracos negros menores "semente" que se formaram através do colapso de um monte de material (gás hidrogênio). Pensa-se que estes começaram a formar-se em algum momento nas primeiras centenas de milhões de anos do Universo. Isso é muito cedo, enquanto as primeiras estrelas ainda se formavam. Então, estes buracos negros de sementes não poderiam ter passado pelo processo habitual de formação de estrelas maciças, morte e colapso do restante num buraco negro de massa estelar. Este material foi direto para o território do buraco negro e continuou crescendo para obter os primeiros astrônomos de buracos negros supermassivos continuam a encontrar. Uma visualização de um buraco negro que aumenta ativamente. Veja vídeo completo aqui: Cortesia: NASA Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman. Esta linha de investigação sobre os primeiros buracos negros supermassivos começou como uma série de oficinas que discutiam as grandes questões em cosmologia e astrofísica, de acordo com Tancredo. As reuniões incluíram físicos de partículas e astrofísicos, dando uma nova olhada nessas perguntas. “Mostramos que o ambiente de matéria escura certo pode ajudar a fazer a “coincidência” de buracos negros de colapso direto muito mais provável”, disse ele. “Da mesma forma, o apoio ao trabalho interdisciplinar ajudou a tornar possível a ‘coincidência’ que conduz a este trabalho.” Embora este seja um passo importante para entender esses primeiros monstros do buraco negro, muitas perguntas permanecem. Observações futuras usando o JWST e outros telescópios poderiam descobrir mais desses objetos, talvez mesmo em momentos anteriores aos observados atualmente. Em última análise, este trabalho poderia ajudar a determinar o que realmente é a matéria escura, enquanto ao mesmo tempo caracterizava as condições na mais antiga história do Universo. Para mais informações A matéria escura poderia explicar os primeiros Supermassivos Buracos Negros Colapso Direto Candidatos do Decaimento da Matéria Negra Colapso Direto do Buraco Negro Candidatos da Matéria Negra Decadente (ArXiv) Axions como Matéria Negra, Energia Escura e Radiação Escura Carolyn Collins Petersen Carolyn Collins Petersen é uma escritora científica de longa data e ex-pesquisadora em astronomia. Ela escreve sobre astronomia e exploração espacial e escreveu 8 livros, inúmeros artigos, mais de 60 documentários para teatros de estrelas de planetário, e exposições para o Observatório Griffith, NASA/JPL, a Academia de Ciências da Califórnia, o Museu Astronómico de Xangai e o Planetário do Céu Negro do Observatório Lowell. Ela é CEO da Loch Ness Productions. Pode enviar um e-mail para a Carolyn.