Cientistas do Centro de Astrofísica | Harvard e Smithsonian, e a Black Hole Initiative (BHI), lançaram luz sobre como os buracos negros crescem ao longo do tempo, desenvolvendo um novo modelo para prever se o crescimento por acréscimo ou por fusões é dominante, de acordo com os resultados de um estudo apresentado hoje no 236º encontro virtual da American Astronomical Society e publicado simultaneamente em The Astrophysical Journal .

Dr. Avi Loeb, Frank B. Baird Jr. Professor de Ciências em Harvard, e Dr. Fabio Pacucci, astrofísico e BHI &Clay Fellow no CfA, desenvolveram um modelo teórico para determinar o canal principal para o crescimento de buracos negros. O modelo é válido desde o universo local até o redshift 10, ou aproximadamente desde os dias atuais até cerca de 13 bilhões de anos atrás.

O estudo sugere que o principal canal de crescimento depende da massa do buraco negro e do redshift. No universo próximo, pequenos buracos negros crescem principalmente por acréscimo, enquanto buracos negros muito grandes crescem principalmente por meio de fusões. No universo muito distante, há uma reversão:pequenos buracos negros crescem principalmente por fusões, grandes buracos negros por acréscimo.

"Os buracos negros podem crescer de duas maneiras. Eles podem acumular massa do espaço ao seu redor ou podem se fundir uns com os outros, formando mais um buraco negro massivo, "disse Pacucci." Atualmente acreditamos que os primeiros buracos negros começaram a se formar aproximadamente com a primeira população de estrelas, há mais de 13,5 bilhões de anos. "A questão é:como essas" sementes "cresceram para formar a vasta população de buracos negros que os cientistas agora detectam no universo, desde os pequenos até os monstros muito grandes que observamos brilhar do outro lado do cosmos? Loeb acrescentou, "Podemos restringir sua história não apenas detectando luz, mas também por meio de ondas gravitacionais, as ondulações no espaço-tempo que suas fusões produzem. "

De acordo com estudos anteriores, os buracos negros que crescem principalmente por acréscimo devem girar muito mais rápido em seus eixos do que aqueles que crescem principalmente por meio de fusões. "Como a taxa de rotação, ou gire, afeta fundamentalmente a forma como a região ao redor de um buraco negro brilha, estudar a principal modalidade de crescimento dos buracos negros ajuda a nos fornecer uma imagem mais clara de quão brilhantes essas fontes podem ser. Já sabemos que a matéria cai em direção ao horizonte de eventos dos buracos negros e, à medida que acelera, também aquece, e este gás começa a emitir radiação, "disse Pacucci." Quanto mais matéria um buraco negro se acumula, mais brilhante será; é por isso que podemos observar objetos distantes, como buracos negros supermassivos. Eles são um bilhão de vezes mais massivos que o sol, e eles são capazes de emitir enormes quantidades de radiação para que possamos observá-los até mesmo a bilhões de anos-luz de distância. "Loeb afirmou ainda que mesmo que seu ambiente seja livre de gás, "buracos negros podem crescer em massa por meio de fusões de galáxias."

Buracos negros, e seu crescimento, parecem desempenhar um papel fundamental na evolução das galáxias. "Acreditamos que cada galáxia contém um enorme buraco negro em seu centro, que regula a formação de estrelas em seu hospedeiro, "disse Pacucci." Entendendo como os buracos negros se formaram, cresceu e co-evoluiu com galáxias é fundamental para a nossa compreensão e conhecimento do universo, e com este estudo, temos mais uma peça do quebra-cabeça. "

A próxima geração de raios-X baseados no espaço e observatórios de ondas gravitacionais, incluindo Lynx, Atena, AXIS e LISA - a Antena Espacial do Interferômetro a Laser - serão capazes de detectar a maioria dos buracos negros investigados neste trabalho, até o universo primordial. As observações futuras irão testar o novo modelo e, por fim, expandir o conhecimento científico da população de buracos negros ao longo do tempo cósmico.

"Já testamos nosso modelo com dados de buracos negros próximos, obtendo resultados muito encorajadores, "disse Pacucci." Nosso objetivo neste estudo foi fornecer à comunidade científica uma teoria que descreve como os buracos negros podem ter crescido durante a evolução do universo. Isso informará as decisões sobre estratégias de observação com futuros telescópios espaciais, bem como estabelecer a base para modelos que descrevem outros aspectos da evolução do universo. "

Loeb, também, é otimista sobre o futuro, "Encontramos 'bebês' surpreendentemente grandes nos berçários cósmicos dos buracos negros, mas, nas próximas décadas, descobriremos quem foram seus pais. "