Origem do 'Fantasma de Mirach' deixa os cientistas de buracos negros perplexos

 A cerca de 10 milhões de anos-luz da Terra, uma galáxia borrada chamada Fantasma de Mirach pode ajudar a desvendar um mistério sombrio: de onde vieram os maiores buracos negros do universo. Mas esta galáxia fantasmagórica também aprofundou o mistério que cerca o nascimento desses objetos.

Um buraco negro é uma singularidade, uma região no espaço-tempo onde a matéria se tornou muito densa para se sustentar e colapsou em um ponto sem forma. Buracos negros supermassivos (SMBHs) são monstros cósmicos, geralmente pesando bilhões de vezes a massa do nosso Sol, em comparação com a massa de estrelas pesadas que formam buracos negros comuns. Eles se sentam no centro de grandes galáxias, sugando gás e girando as estrelas com sua imensa gravidade. Há um no centro da Via Láctea e um ainda maior no centro da galáxia de Virgem A que os astrônomos fotografaram. Mas ainda não está claro como esses objetos gigantescos se formaram.

Os físicos acham que há duas possibilidades: talvez as SMBHs sejam características antigas do universo, objetos que entraram em colapso diretamente da massa quente que fluía pelo espaço após o Big Bang. Ou talvez eles tenham se formado como todos os outros buracos negros do universo: como resultado da detonação de estrelas moribundas. Se a última explicação estivesse correta, as SMBHs teriam começado pequenas e adquirido massa adicional ao longo de eras engolindo poeira e outras estrelas.

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"O problema é que em ambos os casos a maioria dos buracos negros cresceu significativamente desde seu nascimento, engolindo nuvens de gás e poeira que giram em torno deles", disse Timothy Davis, astrofísico da Universidade de Cardiff, no País de Gales. "Isso os torna mais pesados ​​e torna difícil determinar a massa com a qual começaram suas vidas."

Então, Davis e seus colegas foram à procura dos menores SMBHs que puderam encontrar.

Esses pequenos supermassivos, disse ele, "não tiveram a chance de consumir grandes quantidades de material em seu passado, [então, ao estudá-los, estamos] chegando perto de revelar como os SMBHs devem ter parecido quando foram formados."

Os pesquisadores estudaram o SMBH no centro da galáxia "Fantasma de Mirach" (assim chamado porque da Terra a galáxia parece uma aparição perto da estrela Mirach), usando uma nova técnica para determinar sua massa.

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Baseando-se em dados do Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) no Chile, os pesquisadores mediram a velocidade do gás monóxido de carbono enquanto ele girava em direção ao SMBH no centro da galáxia Ghost de Mirach.

“Assim como a água ao redor de um buraco negro, esse gás vai cada vez mais rápido à medida que se aproxima do buraco negro”, disse Davis.

Esse redemoinho é um produto da massa do buraco negro, então a velocidade do redemoinho - medida com precisão - pode dizer aos pesquisadores quanto pesa o buraco negro. As imagens do ALMA, com resolução de 1,5 anos-luz (bastante detalhadas para um objeto tão distante), tornaram isso possível. Este SMBH, eles descobriram, tem uma massa inferior a 1 milhão de vezes a do nosso sol - um bebê pelos padrões do SMBH. Com base nas estimativas de quanto cresceu desde o seu nascimento, provavelmente pesava menos de 500.000 vezes a massa do nosso sol quando nasceu, disse Davis.

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Isso não prova nenhuma das histórias de origem corretas, descobriram os pesquisadores. Mas isso inclina um pouco a balança contra o modelo do colapso direto, descartando versões mais extremas da teoria do colapso direto inteiramente. Algumas teorias de colapso direto não permitem que SMBHs tão pequenos se formem.

Ainda assim, a origem dos buracos negros é um mistério. Um problema: outras observações mostraram que SMBHs muito grandes existiam em sua forma atual logo após o Big Bang, o que desafia nossas suposições sobre a rapidez com que os buracos negros podem crescer.

"Sabemos de duas maneiras principais de fazer SMBHs, e nenhuma delas pode fazer buracos negros desse tamanho diretamente. Em vez disso, eles devem ter nascido menores e crescido até esses tamanhos prodigiosos. Isso é realmente difícil de fazer, pois há um limite de quanto um buraco negro pode engolir no tempo disponível desde que o universo foi criado ", disse Davis. "Nosso trabalho reforça esse problema. Mostramos que qualquer mecanismo que faça as SMBHs permite que elas tenham uma massa inferior a 500.000 vezes a massa do nosso Sol quando nascem."

Embora isso incline a balança contra a teoria do colapso direto, nenhuma das teorias oferece boas explicações de onde um SMBH tão pequeno poderia ter vindo. A resposta final provavelmente envolverá algumas modificações significativas em um dos modelos que os físicos têm agora.

Portanto, agora os físicos sabem um pouco mais sobre como são os jovens SMBHs. Mas eles ainda não têm certeza de onde vieram. O artigo que descreve o buraco negro no centro do fantasma de Mirach foi publicado hoje (14 de julho) na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.