Embora sua existência seja inegável, astrônomos em todo o mundo ainda não têm certeza de como os buracos negros supermassivos realmente se formam. Um projeto financiado pela UE se propôs a responder a essa pergunta simulando a formação e o crescimento de suas sementes - buracos negros criados quando uma estrela extremamente massiva colapsa.

Esta é uma das questões mais intrigantes da astronomia:como os buracos negros supermassivos foram capazes de se formar nas primeiras idades cósmicas? Foram observados quasares luminosos distantes que traem sua existência quando o universo tinha menos de um bilhão de anos. Mas o problema é o seguinte:o processo convencional de crescimento de um buraco negro é lento demais para permitir sua existência.

Existem possíveis explicações. Isso foi dito, por exemplo, que esses buracos negros supermassivos nasceram da explosão de estrelas supermassivas, do colapso de grandes nuvens de gás, ou mesmo de colisões entre buracos negros menores. A teoria que reteve a atenção do Dr. Muhammad Latif, Contudo, foi que esses buracos negros realmente cresceram de extremamente grandes, buracos negros de sementes de 'colapso direto'.

Graças ao financiamento no âmbito do projeto FIRSTBHS (A formação de buracos negros supermassivos no universo inicial), O Dr. Latif simulou a formação e o crescimento dessas sementes.

O que torna os primeiros buracos negros supermassivos tão interessantes?

Os primeiros buracos negros supermassivos são muito interessantes, pois foram formados no universo infantil, dentro do primeiro bilhão de anos após o Bing Bang, apenas uma pequena fração da idade atual do universo (13,7 bilhões de anos). Eles desafiam nossa compreensão da formação da estrutura no universo.

Uma boa analogia seria uma situação em que você iria a um jardim de infância e encontraria uma criança de dois metros de altura. É claro que você vai se perguntar como esse garoto foi capaz de crescer tanto. É o mesmo com esses buracos negros:suas massas são bilhões de vezes maiores do que a do nosso Sol, e é difícil compreender como eles podem se tornar tão grandes em um período de tempo tão curto, quando estrelas e galáxias apenas começaram a se formar.

Mais especificamente, que lacunas de conhecimento você pretendia eliminar com este projeto?

Nosso objetivo era entender qual seria a maneira mais viável de montar objetos tão massivos. Existem três mecanismos astrofísicos principais que podem levar à formação dos primeiros buracos negros supermassivos. O cenário mais promissor é o chamado método de colapso direto:ele fornece sementes maciças, o que facilita seu crescimento.

Com este projeto, buscamos explorar a viabilidade deste cenário, quão massivas são as sementes que pode fornecer e quão abundantes elas são, compare sua densidade numérica com observações e investigue em detalhes os mecanismos astrofísicos subjacentes. Além disso, buscamos derivar suas assinaturas de observação e fazer previsões para as próximas missões espaciais e terrestres.

Como você fez isso?

Realizamos as chamadas simulações cosmológicas tridimensionais a partir das condições iniciais ab initio, modelando em detalhes todos os processos físicos necessários.

Quais você diria que foram os aspectos mais inovadores dessa metodologia?

Eu diria que é a multifísica de nossa simulação cosmológica, que incluía modelos de turbulência química e não resolvidos detalhados, Campos magnéticos, transferência radiativa para o modelo UV, Feedback de raios-X do acúmulo de buracos negros e estrelas, bem como enriquecimento de metal. Essa abordagem está além do estado da arte na área.

Quais foram as descobertas mais importantes do projeto?

Nossos resultados mostram que o mecanismo de colapso direto fornece grandes buracos negros de sementes de 10 ^ 5 a 10 ^ 6 massas solares, que pode crescer para formar os primeiros buracos negros supermassivos.

As condições para a formação de tais objetos são ideais no início do universo. Particularmente, os halos maciços intocados iluminados por um forte fluxo de UV são os berços potenciais para a formação de buracos negros maciços. Nossos resultados sugerem que tais objetos são raros, pois exigem condições especiais para se formar - mas isso ainda está sendo debatido entre os especialistas.

O que você espera das missões JWST e ATHENA?

Esperamos que o JWST encontre alguns dos buracos negros de sementes, já que esses objetos distantes são bastante fracos nos estágios iniciais. Claro, também depende de quão abundantes eles são, que ainda é uma questão em aberto.

ATENA parece mais promissora, já que se espera detectar algumas centenas de AGN de ​​baixa luminosidade em z> 6, que ajudará a restringir os modelos de formação de buracos negros.

Quais são seus planos de acompanhamento, caso existam?

Atualmente, estamos investigando o crescimento de buracos negros no início do universo, para os quais realizamos simulações detalhadas. Com meus colaboradores, estamos tentando entender como o feedback do buraco negro e das estrelas afeta o crescimento dos buracos negros, e também o papel do meio ambiente, correntes frias que alimentam esses buracos negros, etc. Nosso objetivo é derivar observáveis ​​sintéticos para E-ELT, Euclides, ATENA, JWST e SKA, e esperamos que tal abordagem nos ajude a entender a formação e o crescimento dos primeiros buracos negros supermassivos.