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Segredos ocultos do universo! Como pode uma semente de buraco negro com uma massa de um milhão de massas solares ser gerada em uma região de alto desvio para o vermelho?
A formação de buracos negros nos estágios iniciais do universo sempre foi um assunto fascinante. Estudos científicos recentes apontaram que buracos negros de colapso direto (DCBHs) são importantes sementes de buracos negros formados em regiões de alto desvio para o vermelho, e suas massas podem chegar a um milhão de massas solares. Esse avanço científico não apenas nos permite ter uma compreensão mais profunda da história do universo, mas também redefine o mecanismo de formação de buracos negros de alta massa.
O processo de formação do buraco negro de colapso direto
A formação de buracos negros de colapso direto ocorre aproximadamente na faixa de desvio para o vermelho z = 15 a 30, o que significa que quando o universo tinha apenas 100 milhões a 200 milhões de anos, as condições cósmicas naquela época eram particularmente adequadas para a condensação de matéria em larga escala. .
A formação desses buracos negros não é impulsionada pelas sementes de buracos negros que se formam a partir das primeiras estrelas (ou seja, estrelas da População III), mas é diretamente impulsionada por uma instabilidade gravitacional.
Antes que esses buracos negros possam se formar, o gás deve atender a uma série de condições específicas, como ser livre de metais (contendo apenas hidrogênio e hélio) e ter fluxo de fótons Lyman-Werner suficiente para romper as moléculas de hidrogênio, evitando assim a gás de resfriamento e fragmentação. Tais condições promovem o colapso gravitacional das nuvens de gás, levando à formação de um buraco negro em seu núcleo com uma densidade extremamente alta de matéria.
Buracos negros de colapso direto são raros
Apesar do suporte teórico para DCBHs, atualmente sabemos que eles são muito raros no Universo de alto desvio para o vermelho. De acordo com as últimas simulações cósmicas, as condições para a formação desse tipo de buraco negro são muito adversas, então sua densidade numérica é prevista em, no máximo, apenas 1 por gigabyte cúbico. No cenário mais otimista, esse número poderia chegar a cerca de 100.000 por metro cúbico de Gipassac.
Observações e descobertas
Com o avanço da tecnologia, os astrônomos estão se tornando cada vez mais ativos na busca por DCBHs. Desde 2016, uma equipe de pesquisa da Universidade de Harvard tem usado o Telescópio Espacial Hubble e o Observatório de Raios X Chandra para procurar pistas sobre esse tipo de buraco negro. Recentemente, eles encontraram dois candidatos que correspondiam às características espectrais previstas nos dados na faixa de alto desvio para o vermelho z>6.
Esses buracos negros são caracterizados por um excesso significativo de radiação infravermelha, que é mais pronunciado do que o de outros objetos com alto desvio para o vermelho.
Diferenças entre buracos negros primordiais e buracos negros de colapso estelar
É importante notar que os DCBHs são fundamentalmente diferentes dos buracos negros primordiais e dos buracos negros de colapso estelar. Enquanto os buracos negros primordiais se formam a partir do colapso direto de energia, os DCBHs resultam do colapso de regiões anormalmente densas de gás.
Buracos negros primordiais não passam por nenhum intermediário estelar durante sua formação, então normalmente não classificamos buracos negros produzidos pelo colapso de estrelas da População III como "decomposição frágil direta".
Direções futuras da pesquisa
Com o lançamento do Telescópio Espacial James Webb, as observações desses buracos negros candidatos serão ainda mais aprofundadas, e seremos capazes de confirmar suas propriedades e existência de forma mais eficaz. De qualquer forma, a exploração do DCBH ainda está cheia de desafios e mistérios, o que não apenas nos traz novas questões sobre cosmologia, mas também inspira nosso pensamento sobre a formação e evolução do universo.
Esses estudos de ponta revelam uma questão importante: quantos fenômenos misteriosos ainda estão esperando para serem descobertos neste vasto universo?
