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O misterioso nascimento de buracos negros de explosão direta: por que esses buracos negros supermassivos chocam os cientistas astronômicos?
No início da história do universo, os cientistas notaram alguns objetos especiais. A forma como esses objetos nasceram marcou uma categoria importante na evolução da matéria no universo: buracos negros de explosão direta (DCBHs). Estes misteriosos buracos negros foram criados há cerca de 100 a 250 milhões de anos, um período conhecido como redshift z entre cerca de 15 e 30.
O processo de formação de buracos negros de explosão direta é diferente dos buracos negros nas teorias tradicionais. Esses buracos negros são formados através do colapso gravitacional direto, em vez de evoluírem a partir da morte de estrelas.
A formação de um buraco negro de explosão direta requer condições ambientais específicas. As principais condições incluem; um gás com conteúdo metálico zero (contendo apenas hidrogênio e hélio), irradiação de fótons de Lyman-Werner alta o suficiente para excitar átomos de hidrogênio e um fluxo de laser capaz de destruir moléculas de hidrogênio. Essas condições evitam que o gás esfrie e se fragmente, permitindo que a nuvem de gás sofra um colapso gravitacional intacta e atinja densidades de matéria extremamente altas.
Quando a densidade da matéria atingir cerca de 107 g/cm³, essas nuvens de gás sofrerão instabilidade relativística comum e se transformarão em buracos negros de explosão direta. Isto significa que nasceram diretamente de nuvens de gás primordiais, e não de progenitores estelares.
De acordo com uma simulação computacional relatada em julho de 2022, os pesquisadores descobriram que, em condições raras, fluxos de acreção fortes e frios podem criar buracos negros massivos sem radiação ultravioleta e fluxo supersônico. Esta simulação mostra que num ambiente que cresceu até cerca de 40 milhões de massas solares, várias supergigantes foram eventualmente formadas e transformadas com sucesso em buracos negros de explosão direta.
A raridade das explosões diretas de buracos negros
Os buracos negros diretamente explosivos são considerados objetos extremamente raros no universo com alto desvio para o vermelho. Simulações cosmológicas atuais mostram que o número desses buracos negros no desvio para o vermelho 15 pode ser de apenas cerca de 1 por gigaparsec cúbico. Esta previsão é fortemente influenciada pelo fluxo mínimo de fótons de Lyman-Werner e, sob alguns dos cenários mais otimistas, a densidade de DCBHs pode chegar a 107 células por gigasegundo cúbico.
A descoberta de buracos negros de explosão direta
Em 2016, uma equipe de pesquisadores liderada pelo astrofísico Fabio Pacucci, da Universidade de Harvard, usou dados do Telescópio Espacial Hubble e do Observatório de Raios-X Chandra para identificar pela primeira vez dois candidatos à explosão direta de buracos negros. Esses candidatos estão todos localizados na região de redshift de z>6, e suas características espectrais no campo CANDELS GOODS-S são consistentes com as previsões.
Prevê-se que estes buracos negros que explodem diretamente produzam radiação infravermelha mais significativa do que outras fontes de alto desvio para o vermelho, e observações adicionais, particularmente com o Telescópio Espacial James Webb, serão críticas para confirmar a natureza destas fontes.
Diferenças de outros buracos negros
Diferentemente do processo de formação de buracos negros primordiais, que estão relacionados com o colapso direto de energia e matéria carregada, a formação de buracos negros de explosão direta resulta do colapso de regiões gasosas invulgarmente densas e grandes. É importante notar que os buracos negros formados por estrelas de terceira geração (isto é, estrelas de População III) não pertencem à categoria de buracos negros de explosão direta.
Resumo
A descoberta de buracos negros de explosão direta não só expande a nossa compreensão da formação de buracos negros, mas também revela os fenómenos complexos que podem existir no Universo primitivo. Estes objetos misteriosos estão redefinindo a nossa compreensão fundamental da evolução do universo. Com o avanço da tecnologia, seremos capazes de descobrir mais segredos destes buracos negros no futuro?
