Os pequenos pontos vermelhos do James Webb podem esconder buracos negros crescendo rápido demais: simulações oferecem uma explicação para o enigma

O que você vai ver

•  Que enigma os pontos vermelhos do James Webb representam para os astrônomos.
•  Qual supercomputador foi usado para simular o universo primitivo nesse estudo.
•  Como estrelas supermassivas podem dar origem a sementes de buraco negro já muito pesadas.
•  Por que um ambiente rico em gás permite que essas sementes cresçam muito mais rápido.
•  Por que explicar buracos negros tão antigos e já tão massivos era um problema em aberto.

Pequenos pontos vermelhos extremamente compactos, detectados em grande número pelo telescópio espacial James Webb no universo primitivo, podem esconder buracos negros crescendo rápido demais para os modelos tradicionais de formação, segundo novas simulações rodadas em um dos supercomputadores mais potentes do mundo.

Que enigma os pontos vermelhos do James Webb representam para os astrônomos?

Desde que iniciou suas observações científicas, o telescópio espacial James Webb identificou centenas de objetos extremamente compactos e avermelhados em regiões do universo que existiam há menos de 600 milhões de anos depois do Big Bang, prazo considerado curto demais, segundo os modelos tradicionais de formação, para explicar como buracos negros de massa tão elevada já poderiam existir naquela época tão remota da história cósmica.

Esses objetos, apelidados de “little red dots” pelos próprios astrônomos, intrigam a comunidade científica justamente por combinar compactação extrema com massa aparentemente desproporcional para a idade do universo naquele momento, características que tornam sua origem exata um dos quebra-cabeças mais discutidos da astronomia observacional recente.

Qual supercomputador foi usado para simular o universo primitivo nesse estudo?

Uma equipe de pesquisa liderada por Sunmyon Chon utilizou o supercomputador ATERUI III, do Observatório Astronômico Nacional do Japão, para realizar algumas das simulações cosmológicas mais detalhadas já produzidas sobre o universo primitivo, com o objetivo específico de testar se buracos negros em fase de crescimento acelerado poderiam efetivamente explicar as características observadas nos pontos vermelhos do James Webb.

Esse tipo de simulação em supercomputador permite aos pesquisadores reproduzir, dentro de um ambiente controlado computacionalmente, condições físicas extremas do universo primitivo que seriam impossíveis de recriar em laboratório, abordagem que oferece uma forma indireta, mas rigorosa, de testar hipóteses sobre fenômenos astronômicos ocorridos bilhões de anos atrás.

Como estrelas supermassivas podem dar origem a sementes de buraco negro já muito pesadas?

Segundo as simulações, o processo começa com estrelas supermassivas que chegam a acumular várias centenas de milhares de massas solares antes de colapsarem, cerca de 2 milhões de anos depois de sua formação, deixando para trás sementes de buraco negro que já nascem extremamente massivas, muito além do que modelos tradicionais de formação estelar costumam prever para as primeiras gerações de estrelas do universo.

Essa massa inicial já elevada da própria semente é o primeiro ingrediente da explicação proposta pelas simulações: em vez de um buraco negro comum, formado a partir do colapso de uma estrela de massa relativamente modesta e que precisaria de muito tempo para crescer até o tamanho observado, a semente já nasce consideravelmente mais pesada, reduzindo o tempo total necessário para atingir a massa detectada pelo James Webb.

Por que um ambiente rico em gás permite que essas sementes cresçam muito mais rápido?

Além de nascerem com massa elevada, as simulações mostram que essas sementes de buraco negro surgem em ambientes repletos de gás, combinação que, somada à radiação intensa do próprio ambiente primitivo, permite que o buraco negro cresça dezenas de vezes mais rápido do que buracos negros conseguem crescer no universo atual, onde o gás disponível para alimentar esse crescimento costuma ser muito mais escasso.

Esse ritmo de crescimento acelerado, viabilizado pela combinação entre semente já massiva e abundância de gás ao redor, é o segundo ingrediente necessário para que a explicação proposta pelas simulações faça sentido: sem essa disponibilidade excepcional de matéria-prima para alimentar o crescimento, mesmo uma semente inicialmente pesada demoraria tempo demais para atingir a massa observada nos pontos vermelhos do James Webb.

Por que explicar buracos negros tão antigos e já tão massivos era um problema em aberto?

Astrônomos já haviam identificado buracos negros supermassivos, com massas milhões ou até bilhões de vezes maiores que a do Sol, existindo em menos de 600 milhões de anos depois do Big Bang, prazo que os modelos convencionais de crescimento gradual de buracos negros consideravam curto demais para acumular tamanha massa a partir de sementes estelares comuns, formando um enigma científico sem explicação satisfatória até então.

Se confirmada por observações futuras, a combinação entre sementes já massivas e crescimento acelerado em ambientes ricos em gás, proposta pelas novas simulações, resolveria justamente esse mistério: os pontos vermelhos do James Webb representariam precisamente a fase de crescimento intenso necessária para explicar como buracos negros tão antigos conseguiram atingir massa tão elevada num intervalo de tempo cosmicamente tão curto.

Mistérios astronômicos que também dependem de simulações para serem melhor compreendidos aparecem no relato sobre a constante gravitacional que voltou a discordar de si mesma depois de dez anos de medições do NIST.

Mais detalhes sobre a pesquisa estão disponíveis na reportagem da Space.com.

Nunca foi tão fácil ficar bem informado com O Antagonista

Inscreva-se