p Buracos negros se formam quando as estrelas morrem, permitindo que a matéria neles desmorone em um objeto extremamente denso do qual nem mesmo a luz pode escapar. Os astrônomos teorizam que buracos negros massivos também podem se formar no nascimento de uma galáxia, mas até agora ninguém foi capaz de olhar para trás no tempo o suficiente para observar as condições que criaram esses buracos negros em colapso direto (DCBH). p O Telescópio Espacial James Webb, programado para lançamento em 2021, pode ser capaz de olhar longe o suficiente no início do Universo para ver uma galáxia hospedando um buraco negro massivo nascente. Agora, uma simulação feita por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia sugeriu o que os astrônomos deveriam procurar se procurassem nos céus por um DCBH em seus estágios iniciais.

p A primeira simulação de seu tipo, relatado em 10 de setembro no jornal Astronomia da Natureza , sugere que a formação direta desses buracos negros seria acompanhada por tipos específicos de radiação intensa, incluindo raios-X e emissão ultravioleta que mudaria para infravermelho no momento em que alcançassem o telescópio. Os buracos negros provavelmente também gerariam estrelas massivas sem metal, uma descoberta inesperada.

p A pesquisa foi apoiada pela NASA, o Laboratório Nacional de Los Alamos, a National Science Foundation, o Conselho Regional de Educação do Sul e duas bolsas de teoria do Hubble.

p "Existem buracos negros supermassivos no centro de muitas galáxias grandes, mas não conseguimos observar a forma como se formam ou como se tornaram tão grandes, "disse Kirk S. S. Barrow, o primeiro autor do artigo e um recente Ph.D. graduado pela Escola de Física da Georgia Tech. "Os cientistas teorizaram que esses buracos negros supermassivos poderiam ter se formado no nascimento de uma galáxia, e queríamos transformar essas previsões teóricas em previsões observacionais que pudessem ser vistas pelo Telescópio Espacial James Webb. "

p A formação de DCBH seria iniciada pelo colapso de uma grande nuvem de gás durante a formação inicial de uma galáxia, disse John H. Wise, professor da Escola de Física da Georgia Tech e do Center for Relativistic Astrophysics. Mas antes que os astrônomos pudessem esperar pegar esta formação, eles teriam que saber o que procurar nos espectros que o telescópio poderia detectar, que é principalmente infravermelho.

p A formação de um buraco negro pode exigir um milhão de anos ou mais, mas para imaginar como seria, O ex-pesquisador de pós-doutorado Aycin Aykutalp - agora no Laboratório Nacional de Los Alamos - usou o Stampede Supercomputer da Universidade do Texas em Austin, apoiado pela National Science Foundation, para executar uma simulação com foco nas consequências da formação do DCBH. A simulação usou princípios básicos da física, como a gravidade, radiação e hidrodinâmica.

p "Se a galáxia se formar primeiro e depois o buraco negro se formar no centro, que teria um tipo de assinatura, "disse o Sábio." Se o buraco negro se formou primeiro, isso teria uma assinatura diferente? Queríamos descobrir se haveria alguma diferença física, e se, se isso se traduziria em diferenças que poderíamos observar com o Telescópio Espacial James Webb. "

p As simulações forneceram informações como densidades e temperaturas, e Barrow converteu esses dados em previsões do que poderia ser observado pelo telescópio - a luz provável de ser observada e como ela seria afetada pelo gás e poeira que teria encontrado em sua longa jornada para a Terra. "No fim, tínhamos algo que um observador poderia ver, "Barrow disse.

p Os buracos negros levam cerca de um milhão de anos para se formar, um pontinho no tempo galáctico. Na simulação DCBH, essa primeira etapa envolve o colapso do gás em uma estrela supermassiva de até 100, 000 vezes mais maciço do que o nosso sol. A estrela então sofre instabilidade gravitacional e colapsa dentro de si mesma para formar um enorme buraco negro. A radiação do buraco negro, então, desencadeia a formação de estrelas ao longo de um período de cerca de 500, 000 anos, a simulação sugerida.

p "As estrelas desta primeira geração são geralmente muito mais massivas, então eles vivem por um período mais curto de tempo, "Disse Wise." Nos primeiros cinco a seis milhões de anos após sua formação, eles morrem e se transformam em supernovas. Essa é mais uma das assinaturas que relatamos neste estudo. "

p Após a forma das supernovas, o buraco negro se acalma, mas cria uma luta entre as emissões eletromagnéticas - luz ultravioleta e raios X tentando escapar - e a própria gravidade do buraco negro. "Esses ciclos continuam por mais 20 ou 30 milhões de anos, "Wise disse.

p Os buracos negros são relativamente comuns no universo, então a esperança é que com instantâneos suficientes, astrônomos poderiam pegar um nascendo, e isso pode levar a uma nova compreensão de como as galáxias evoluem ao longo do tempo.

p A formação de estrelas em torno do DCBH foi inesperada, mas em retrospecto, faz sentido, Disse Barrow. A ionização produzida pelos buracos negros produziria reações fotoquímicas capazes de desencadear a formação das estrelas. Estrelas sem metal tendem a ser maiores do que outras porque a ausência de um metal como o ferro impede a fragmentação. Mas porque eles são tão grandes, essas estrelas produzem enormes quantidades de radiação e terminam suas vidas em supernovas, ele disse.

p "Este é um dos últimos grandes mistérios do universo primordial, "Barrow disse." Esperamos que este estudo forneça um bom passo para descobrir como esses buracos negros supermassivos se formaram no nascimento de uma galáxia. "