A imagem da simulação DCBH mostra a densidade (esquerda) e a temperatura (direita) de uma galáxia adiantada. Ondas de choque de supernovas podem ser vistas se expandindo do centro, e é por isso que a galáxia colapsa e se aquece.
Buracos negros são formados no processo de morte de uma estrela, o que permite que a matéria se enrole em um objeto extremamente denso, do qual até mesmo a luz não pode escapar. Os cientistas acreditam que buracos negros maciços podem ser criados no nascimento de uma galáxia, mas ninguém foi capaz de olhar para o passado distante para observar as condições dos buracos negros colapsos diretos (DCBH).
O telescópio espacial James Webb, com lançamento previsto para 2021, terá a oportunidade de olhar para o Universo primordial para ver uma galáxia com um enorme buraco negro nascente. Agora temos uma simulação criada por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia. Mostra o que procurar em futuras revisões do DCBH.
A primeira simulação desse tipo pressupõe que a formação desses buracos negros será acompanhada por tipos especiais de radiação intensa, incluindo raios X e raios UV, deslocando-se em direção à luz infravermelha quando se aproxima do telescópio. Também foi surpreendente que os buracos negros pudessem criar estrelas gigantes livres de metais. No centro de muitas grandes galáxias estão os buracos negros supermassivos, cujo processo de formação e crescimento não pôde ser observado. Portanto, surgiu uma suposição de que eles poderiam ter aparecido no nascimento galáctico. Então a formação de DCBH seria iniciada pelo colapso de uma grande nuvem de gás durante a criação inicial da galáxia. Mas é importante entender exatamente o que procurar nos espectros com a ajuda do futuro telescópio.
A criação de um buraco negro pode levar um milhão de anos. O supercomputador Stampede permitiu executar uma simulação com foco nos efeitos da formação de DCBH. A modelagem foi baseada nos primeiros princípios físicos, como gravidade, radiação e hidrodinâmica.
Uma imagem simulada com radiação UV demonstra como o gás aquecido espirala em um buraco negro central
Se uma galáxia é formada pela primeira vez, e depois um buraco negro no centro, então um tipo de assinatura deve aparecer. Mas e se o buraco negro vier primeiro? Os cientistas queriam saber se esperavam quaisquer outras diferenças físicas. A simulação derivou informações sobre densidade e temperatura para prever o que exatamente o telescópio verá.
Buracos negros gastam cerca de um milhão de anos para se formar. Na simulação do DCBH, o primeiro passo envolve o colapso do gás em uma estrela supermassiva (100.000 vezes mais massiva que o Sol). A estrela então sofre instabilidade gravitacional e entra em colapso, criando um enorme buraco negro. A radiação do buraco negro desencadeia a formação de estrelas ao longo de um período de 500.000 anos. Estrelas da primeira geração parecem ser mais massivas, pois vivem muito menos. Nos primeiros 5-6 milhões de anos, eles explodem como supernovas. Depois disso, o buraco negro se acalma, o que leva a um confronto entre os raios EM e sua própria gravidade. Esses ciclos cobrem outros 20 a 30 milhões de anos.
Os buracos negros são comuns no espaço, por isso os cientistas esperam que um número suficiente de imagens permita que você capture um desses tipos. Assim, será possível entender mais profundamente no processo de evolução galáctica.
Os pesquisadores ficaram surpresos com a formação de estrelas em torno do DCBH, mas, em retrospecto, isso parece lógico. A ionização criada levará a reações fotoquímicas capazes de desencadear o nascimento estelar. Este é um dos grandes enigmas universais, então os pesquisadores esperam que seu trabalho leve a respostas há muito esperadas.
