Os buracos negros monstruosos que cientistas estão descobrindo no universo:ango bet

Na última década, os astrônomos descobriram buracos negros muito maiores, conhecidos como buracos negros ultramassivos. Alguns são 1.000 vezes mais massivos que Sagittarius A* — e grandes o suficiente para abranger toda a vastidão do nosso Sistema Solar.

A visão incomparável proporcionada pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST, na siglaango betinglês) também nos oferece uma nova perspectiva sobre como esses gigantes cresceram no início dos tempos. No entanto, há muitos mistérios —ango betonde eles vieram e qual o tamanho que eles realmente podem atingir?

Medir o tamanhoango betobjetos tão grandes e distantes (que, porango betprópria definição, não podem ser observados diretamente) é complicado, mas sabemos que alguns dos maiores são surpreendentemente enormes.

Um dos maiores a ser descoberto até hoje, conhecido como Ton 618, encontra-se escondido no meioango betum quasar a cercaango bet18 bilhõesango betanos-luz da Terra. Estima-se que tenha 66 bilhõesango betvezes a massa do Sol — e seja até 40 vezes maior que a distância entre Netuno e o nosso Sol.

O buraco negro no centroango betum aglomeradoango betgaláxias chamado Holm 15A também seria cercaango bet44 bilhõesango betvezes mais pesado que o Sol, e mediria 30 vezes a distância entre Netuno e o Sol,ango betacordo com estimativas recentes.

Eles são inegavelmente enormes. Mas alguns cientistas acreditam que pode haver monstros ainda maiores à espreita por aí.

"De uma perspectiva teórica, não há limite", diz James Nightingale, cosmólogo observacional da Universidadeango betNewcastle, no Reino Unido, queango betmarçoango bet2024 descobriu um buraco negro ultramassivo que pesava 33 bilhõesango betvezes a massa do Sol.

Os buracos negros que conhecemos possuem vários tamanhos. Emango betmenor dimensão, os microburacos negros podem ter o tamanhoango betum átomo.

Talvez os mais conhecidos sejam os buracos negrosango betmassa estelar, resultado do colapsoango betestrelas muito grandes. Eles variam entre três e 50 vezes a massa do nosso Sol, mas são condensados num objeto "aproximadamente do tamanhoango betLondres", explica Julie Hlavacek-Larrondo, astrofísica da Universidadeango betMontreal, no Canadá.

Os buracos negrosango betmassa intermediária formam o próximo grupo — eles possuem cercaango bet50 mil vezes a massa do nosso Sol, abrangendo uma região do espaço aproximadamente do tamanho do planeta Júpiter.

Já os buracos negros supermassivos chegam a ter milhões ou bilhõesango betvezes a massa do nosso Sol.

Apesarango betainda não haver uma definição precisaango betburaco negro ultramassivo, é consenso geral que eles têm a partirango bet"10 bilhõesango betvezes a massa do Sol", diz Hlavacek-Larrondo.

Embora,ango betprincípio, não haja razão para que um buraco negro não possa crescer até chegar a este tamanho,ango betexistência é inesperada, dada a forma como atualmente entendemos o crescimento dos buracos negros e a idade relativamente jovem do Universo,ango betapenas 13,7 bilhõesango betanos.

"É difícil gerar um buraco negro tão massivo usando os métodos tradicionaisango betalimentação", diz Hlavacek-Larrondo, se referindo à forma como os buracos negros "ingerem" matéria ao seu redor devido àango betatração gravitacional.

"Acho que as pessoas não esperavam que eles [existissem]."

Se você continuar alimentando um buraco negro,ango betprincípio ele deve continuar crescendo indefinidamente — qualquer objeto ou matéria que cruze o chamado horizonteango beteventos faz com que o buraco negro aumenteango betmassa.

Na prática, a idade do Universo e a taxa estimadaango betcrescimento dos buracos negros devem limitar seu tamanho, provavelmente não mais do que 270 bilhõesango betmassas solares no momento atual.

Alguns cientistas, no entanto, acreditam que é possível que alguns buracos negros podem ter crescido muito mais, atingindo trilhõesango betmassas solares no Universo moderno, caso tenham conseguido consumir matéria mais rápido do que o esperado.

Estes objetos, chamadosango betburacos negros estupendamente grandes, teriam um raioango betaproximadamente um ano-luzango betdiâmetro. Ainda não foram encontrados tais objetos, mas não podemos descartar a possibilidadeango betestarem escondidos no centroango betalgumas galáxias.

Os astrônomos detectaram os primeiros buracos negros ultramassivos no inícioango bet2010. Desde então, cercaango bet100 foram encontrados.

Em marçoango bet2023, Nightingale e seus colegas anunciaram que haviam avistado um novo buraco negro ultramassivo que pesava aproximadamente 33 mil milhõesango betmassas solares. Eles só conseguiram vê-lo devido à forma como a luzango betuma galáxia mais distante se curvavaango bettorno do buraco negro.

"Foi uma descoberta por acaso", diz Nightingale.

Não podemos ver os buracos negros diretamente devido àango betprópria natureza — naango betborda, conhecida como horizonteango beteventos, a gravidade se torna tão intensa que nada consegue escapar, nem sequer a luz.

Portanto, só podemos vê-los se projetarem uma sombra sobre a matéria brilhante circundante que está sendo consumida pelo buraco negro. Podemos inferirango betexistência mais facilmente, no entanto, olhando para uma galáxia e observando os efeitos do buraco negro central. Uma maneira é procurar jatos potentes disparados dos polos do buraco negro.

"Ainda não entendemos exatamente como eles podem formar estas estruturas, mas eles formam", diz Hlavacek-Larrondo. Estes jatosango betrádio podem se estender por milhõesango betanos-luz.

Os buracos negros também podem produzir anéis quentesango betmatéria que giramango bettorno deles, chamados discosango betacreção, à medida que consomem matéria. A matéria gira rapidamenteango bettorno do buraco negro, com a forte gravidade fazendo com que ele entreango betespiral "aproximadamente à velocidade da luz", explica Hlavacek-Larrondo.

À medida que caiango betdireção ao buraco negro, o discoango betmatéria também emite raios-X brilhantes. Quanto maior o buraco negro, mais raios-X e ondasango betrádio são produzidos pelo discoango betacreção e pelo jato, respectivamente.

A física dos buracos negros ultramassivos e dos menores é basicamente a mesma — passe do horizonteango beteventos, e não há escapatória. Uma massa maior leva a um raio maior para o horizonteango beteventos. Mas os buracos negros ultramassivos têm uma propriedade interessante devido ao seu tamanho.

Se você tivesse a infelicidadeango betcairango betum buraco negroango betmassa estelar, sofreria algo conhecido como "espaguetização" — seu corpo seria esticado até o infinito —, devido à diferençaango betgravidade entre seus pés eango betcabeça.

Num buraco negro ultramassivo, no entanto, o gradiente gravitacional é muito menos acentuado porque se estende muito mais longe no espaço, a pontoango betvocê mal perceber que está passando do horizonteango beteventos.

"A 'espaguetização' não ocorreria", diz Nightingale. A única coisa que selaria seu destino seria a distorção da luz das estrelas ao seu redor devido à gravidade do buraco negro.

Graças ao poder do telescópio James Webb, os astrônomos estão observando agora cada vez mais longe e, assim, mais atrás no tempo, devido ao tempo que a luz leva para chegar até nós, vindaango betrecantos distantes do Universo.

Isso permite que eles vejam galáxias nas primeiras centenasango betmilhõesango betanosango betexistência do Universo.

Para que buracos negros tão distantes tenham se tornado tão grandes, eles devem ter nascido relativamente cedo na história do Universo — e depois devorado matéria ferozmente, algo que desafia muito do que sabemos sobre como os buracos negros se formam.

No entanto, os astrônomos estão começando a ver evidências exatamente disso.

Bem longe,ango betalguns dos pontos mais antigos do Universo que podemos observar, tiposango betgaláxias nunca antes vistos estão sendo revelados pelo James Webb.

Os cientistas descobriram centenasango betgaláxias estranhas e compactas, que brilham muito mais do que se poderia esperar, que existiam cercaango bet600 milhõesango betanos a um bilhãoango betanos após o Big Bang.

Estas galáxias ficaram conhecidas como pequenos pontos vermelhos devido àango betcor e tamanho. O que é particularmente surpreendente nelas é a luz que emitem, o que parece indicar que buracos negros supermassivos já estão à espreita dentro delas.

Estas observações sugerem que os buracos negrosango betfato cresceram rapidamente. Em nosso Universo local, os grandes buracos negros nos centros das galáxias tendem a ser cercaango bet1.000 vezes menores do que a galáxia que os hospeda.

Mas o telescópio James Webb está descobrindo buracos negros do mesmo tamanho daango betprópria galáxia nos primórdios do Universo, sugerindo que os buracos negros podem ter se formado primeiro, antesango betas galáxias crescerem ao seu redor.

Em comparação com o Universo local, estas massas são "de dezenas a algumas centenas"ango betvezes maiores do que esperaríamos, diz Hannah Übler, cosmóloga da Universidadeango betCambridge, no Reino Unido.

Os astrônomos se referem a estes primeiros titãs como "buracos negros excessivamente massivos".

É "realmente surpreendente e desafia os modelos teóricos a explicar como estes buracos negros conseguiram se tornar tão massivos e tão rapidamente", diz Übler, que usou o James Webb para observar estes primeiros buracos negros.

A forma como estes buracos negros cresceram tão rápido é um mistério — e provavelmente está relacionada com a maneira como os buracos negros se formaram predominantemente nos primórdios do Universo.

Uma ideia é que eles se formaram a partir da morte das primeiras estrelas do Universo, conhecidas como População 3 — monstros que tinham entre 100 e 1.000 vezes a massa do nosso Sol e eram feitos quase inteiramenteango bethélio e hidrogênio.

As supernovas — uma explosão estelar colossal — destas estrelas no fim daango betvida liberaram elementos mais pesados ​​no Universo. Mais tarde, eles dariam origem a outras estrelas e, por fim, a planetas, incluindo o nosso Sol e a Terra.

Mas suas mortes também poderiam ter produzido grandes buracos negros à medida que a matéria entravaango betcolapso sob a ação da gravidade.

"Os buracos negros destas estrelas são mais massivos do que os buracos negrosango betmassa estelar", diz Mar Mezcua, astrofísica do Institutoango betCiências Espaciais da Espanha.

"A partir disso, você pode crescer e ter mais chancesango betse tornar supermassivoango betum curto espaçoango bettempo."

Outra possibilidade é que os primeiros buracos negros se formaram predominantemente não a partirango betestrelas, masango betnuvensango betgás — conhecidos como buracos negrosango betcolapso direto.

Normalmente, estas nuvens teriam formado estrelas ao se condensarem sob a ação da gravidade, mas, se a temperatura fosse alta o suficiente, algumas nuvens poderiam não ter formado estrelas — e colapsado,ango betvez disso, diretamenteango betburacos negros.

"Estas são condições que não encontramos no Universo atual", explica Mezcua. Mas, segundo ela, nas condições quentes e turbulentas do Universo primitivo, isso pode ter sido possível.

Definitivamente, nenhuma estrela da População 3 ou buraco negroango betcolapso direto foi avistado ainda, então não está claro qual mecanismo — se é que algum deles — dominou a formaçãoango betburacos negros nos primórdios do Universo.

Independentemente da forma como estes buracos negros se formaram, eles devem ter desenvolvido uma maneiraango betatingir um tamanho grande com bastante rapidez.

Uma possibilidade é que eles tenham sido criadosango betabundância e se fundiram para formar buracos negros cada vez maiores, primeiroango betmassa intermediária, depois supermassivos e,ango betseguida, para alguns, ultramassivos.

Isso reforçaria a ideiaango betque eles se originaramango betestrelas da População 3, porque haveria mais destes do que buracos negrosango betcolapso direto.

"Se encontrarmos hoje muitos buracos negros intermediários, isso significaria que se formaram por meioango betmecanismos da População 3", diz Mezcua.

De acordo com ela, se os astrônomos encontrarem poucos buracos negrosango betmassa intermédia,ango betlocais como galáxias anãs menores, onde se espera que eles surjam, isso pode reforçar a ideia do buraco negroango betcolapso direto.

Os buracos negros ultramassivos também podem ter crescido rapidamente ao consumir matériaango betrajadas, algo que o James Webb já viu evidência.

Os astrônomos observaram algumas galáxias primitivas que são brilhantes e ativas, mas outras com um grande buraco negro que parece estar adormecido, sugerindo que este último já devia ter consumido muita matéria antesango betpegar no sono.

"Não sabemos quanto tempo duraria o ciclo", diz Hlavacek-Larrondo.

Mas, segundo ele, os períodosango betconsumo rápido provavelmente são raros.

"Talvez 1% da vida útil do buraco negro."

O que ainda não está claro é qual o tamanho exato dos buracos negros no cosmos moderno.

"Temos uma estimativa aproximada baseada na idade do Universo", explica Hlavacek-Larrondo,ango betcercaango bet270 bilhõesango betmassas solares.

"Mas talvez o Universo nos surpreenda."

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