Cientistas propõem a existência de buracos negros errantes

Cerca de 10% da massa contida em buracos negros pode estar nesses objetos misteriosos que vagam fora do centro das galáxias

Buraco negro supermassivo: não necessariamente um habitante do centro galáctico. Crédito: ESO/L. Calçada

Em geral, pensa-se em buracos negros habitando o centro das galáxias, mas um novo estudo de cientistas americanos lança outra possibilidade para eles: vagar pelo espaço. O estudo a esse respeito foi publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Acredita-se que toda galáxia massiva hospede um buraco negro supermassivo (SMBH, na sigla em inglês) em seu centro. Sua massa está correlacionada com a massa das regiões internas de sua hospedeira (e também com algumas outras propriedades), provavelmente porque o SMBH cresce e evolui conforme a própria galáxia cresce, através de fusões com outras galáxias e da queda de material do meio intergaláctico. Quando o material segue para o centro galáctico e se acumula no SMBH, ele produz um núcleo galáctico ativo. Fluxos de saída ou outro feedback do núcleo galáctico ativo agem de forma disruptiva para extinguir a formação de estrelas na galáxia.

Simulações cosmológicas modernas agora traçam de forma autoconsistente a formação de estrelas e o crescimento de SMBHs em galáxias desde o início do universo até os dias atuais, confirmando essas ideias.

Imagem da simulação de computador Romulus mostrando uma galáxia de massa intermediária, sua região central brilhante com seu buraco negro supermassivo e as localizações (e velocidades) de buracos negros supermassivos “errantes” (aqueles não confinados ao núcleo; o marcador de 10kpc corresponde a uma distância de cerca de 31 mil anos-luz). Simulações estudaram a evolução e a abundância de buracos negros supermassivos errantes; no início do universo, eles continhsm a maior parte da massa dos buracos negros. Crédito: Ricarte et al., 2021
Viagem pela galáxia

O processo de fusão resulta naturalmente em alguns SMBHs que são ligeiramente deslocados do centro da galáxia ampliada. O caminho para um único SMBH combinado é complexo. Às vezes, um SMBH binário é formado primeiramente, e então os dois buracos negros gradualmente se fundem em um.

A emissão de ondas gravitacionais detectáveis ​​pode ser produzida nesse processo. No entanto, a fusão pode às vezes parar ou ser interrompida. Entender por que isso ocorre é um dos principais quebra-cabeças na evolução do SMBH.

Novas simulações cosmológicas com o código Romulus [simulações cosmológicas em grande escala com resolução equivalente às simulações de maior resolução desse tipo executadas até hoje] preveem que, mesmo depois de bilhões de anos de evolução, alguns SMBHs não se juntaram ao núcleo, mas acabaram vagando pela galáxia.

Objetos caracterizados

Angelo Ricarte, astrônomo do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA, nos EUA), liderou uma equipe de colegas que caracterizou esses buracos negros errantes. Usando as simulações Romulus, a equipe descobriu que no universo de hoje (ou seja, cerca de 13,7 bilhões de anos após o Big Bang), cerca de 10% da massa nos buracos negros pode estar em buracos negros errantes. Em épocas anteriores no universo, 2 bilhões de anos após o Big Bang ou mais jovem, esses errantes pareciam ser ainda mais significativos e continham a maior parte da massa dos buracos negros. Na verdade, os cientistas descobriram que, nessas primeiras épocas, os errantes também produziam a maior parte das emissões provenientes da população de SMBHs.

Em um artigo relacionado, os astrônomos exploram as assinaturas observacionais da população SMBH errante.

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