Uma investigação conjunta liderada por Michiko Fujii, da Universidade de Tóquio, demonstra um possível mecanismo de formação de buracos negros de massa intermédia em enxames globulares, enxames estelares que podem conter dezenas de milhares ou mesmo milhões de estrelas compactadas.



As primeiras simulações de formação de aglomerados massivos estrela por estrela revelaram que nuvens moleculares suficientemente densas, os “ninhos de nascimento” de aglomerados estelares, podem dar origem a estrelas muito massivas que evoluem para buracos negros de massa intermédia. As descobertas foram publicadas na revista Science .

“Observações anteriores sugeriram que alguns aglomerados estelares massivos (aglomerados globulares) hospedam um buraco negro de massa intermediária (IMBH)”, explica Fujii a motivação para o projeto de pesquisa. "Um IMBH é um buraco negro com uma massa de 100-10.000 massas solares. Até agora, não houve nenhuma evidência teórica forte para mostrar a existência de um IMBH com 1.000-10.000 massas solares em comparação com menos massivo (massa estelar) e mais massivo (supermassivos)."

Os ninhos de parto podem evocar imagens de calor e tranquilidade. Não é assim com as estrelas. Aglomerados de estrelas globulares se formam em turbulência. As diferenças de densidade primeiro fazem com que as estrelas colidam e se fundam. À medida que as estrelas continuam a fundir-se e a crescer, as forças gravitacionais crescem com elas.

As repetidas colisões estelares na região central e densa dos aglomerados globulares são chamadas de colisões descontroladas. Eles podem levar ao nascimento de estrelas muito massivas com mais de 1.000 massas solares. Estas estrelas poderiam potencialmente evoluir para IMBHs. No entanto, simulações anteriores de aglomerados já formados sugeriram que os ventos estelares sopram a maior parte da sua massa, deixando-os demasiado pequenos. Para investigar se os IMBHs poderiam “sobreviver”, os pesquisadores precisaram simular um aglomerado enquanto ele ainda estava em formação.

“As simulações de formação de aglomerados estelares foram desafiadoras devido ao custo da simulação”, diz Fujii.

"Pela primeira vez, realizamos com sucesso simulações numéricas da formação de aglomerados globulares, modelando estrelas individuais. Ao resolver estrelas individuais com uma massa realista para cada uma, poderíamos reconstruir as colisões de estrelas em um ambiente compactado. Para essas simulações, nós desenvolvemos um novo código de simulação, no qual poderíamos integrar milhões de estrelas com alta precisão."

Na simulação, as colisões descontroladas levaram de facto à formação de estrelas muito massivas que evoluíram para buracos negros de massa intermédia. Os pesquisadores também descobriram que a relação de massa entre o aglomerado e o IMBH correspondia às observações que motivaram originalmente o projeto.

“Nosso objetivo final é simular galáxias inteiras resolvendo estrelas individuais”, diz Fujii.

"Ainda é difícil simular galáxias do tamanho da Via Láctea resolvendo estrelas individuais usando os supercomputadores atualmente disponíveis. No entanto, seria possível simular galáxias menores, como galáxias anãs. Também queremos atingir os primeiros aglomerados, aglomerados de estrelas formados no universo primitivo. Os primeiros aglomerados também são lugares onde os IMBHs podem nascer."