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‘Estrelas escuras’ podem ser sementes de buracos negros supermassivos, dizem cientistas
Um misterioso zumbido de ondas gravitacionais que preenche o cosmos pode ser o eco das “estrelas escuras” que serviram como sementes dos primeiros buracos negros supermassivos.
Estas baixas frequências ondas gravitacionais eram detectado em 2023 usando uma série de faróis cósmicos, ou pulsaresem um chamado “matriz de temporização de pulsares.“Os pulsares são estrelas de nêutrons que giram rápida e regularmente enquanto emitem feixes colimados de radiação de seus pólos que podem ser usados para detectar pequenas flutuações no espaço e no tempo. Essas flutuações são causadas pelas ondas gravitacionais, ou ondulações no espaço-tempo.
Durante muito tempo, a origem desta onda gravitacional de baixa frequência em particular esteve envolta em mistério, mas os cientistas esperam que possam estar codificados com os segredos do Universo tal como era há cerca de 13 mil milhões de anos. Na verdade, a equipe por trás desta pesquisa acredita que este zumbido das ondulações do espaço-tempo poderia ajudar a explicar como buracos negros supermassivos cresceu tão rapidamente antes que o universo tivesse um bilhão de anos de idade. Eles ligam esta solução a hipotéticas “estrelas escuras” supermassivas que podem ter entrado em colapso e morrido no início do universo antes do nascimento. enormes sementes de buraco negrodando uma vantagem inicial ao crescimento do buraco negro supermassivo.
“As estrelas escuras foram originalmente propostas como objetos que poderiam ser vistos diretamente no amanhecer cósmico”, disse Ilie. “Este trabalho aponta para uma forma completamente diferente de testar o seu possível papel na história cósmica”, disse o membro da equipe Cosmin Ilie, da Colgate University. disse em um comunicado. “Seus descendentes poderiam deixar uma marca de ondas gravitacionais que persistiria até o universo atual.”
Relógios cósmicos e Estrelas Negras em colapso
Matrizes de temporização de pulsares detectam ondas gravitacionais quando sua passagem comprime e estica o espaço à medida que as ondas passam por eles, causando pequenos atrasos nos feixes de radiação dos pulsares que chegam à Terra.
Detectando uma onda gravitacional fundo, no entanto, exigiu o monitoramento de matrizes de temporização de pulsares por muitos anos.
“As matrizes de temporização de pulsares são geralmente consideradas sondas de binários de buracos negros supermassivos no universo relativamente recente”, disse Ilie. “O que o nosso trabalho mostra é que o sinal também pode conter informações sobre como os ancestrais desses buracos negros se formaram no amanhecer cósmico.
“Nesse sentido, as ondas gravitacionais observadas hoje poderão fornecer uma nova janela sobre o nascimento dos primeiros buracos negros supermassivos.”
A explicação atualmente preferida para este cenário é uma história cósmica de buracos negros binários espiralando juntos antes de se fundirem, particularmente pares com massas combinadas de mais de 1 bilhão de vezes a massa do sol.
No entanto, isso não explica de onde vieram esses buracos negros supermassivos e como Telescópio Espacial James Webb (JWST) detecta-os rotineiramente antes mesmo de o Universo ter mil milhões de anos – apesar do facto de as cadeias de alimentação e fusão propostas para criar buracos negros supermassivos deverem levar mais de mil milhões de anos.
Ilie e o seu colega da Universidade Colgate, Sohan Ghodla, questionaram se o crescimento de buracos traseiros supermassivos começou com sementes pesadas e se essas sementes pesadas foram criadas pelo colapso de estrelas escuras.
Estrelas escuras são hipotéticas estrelas primordiais que, em vez de produzirem energia através de fusão nuclearem vez disso, são alimentados por auto-aniquilação matéria escura dentro de seus núcleos. À medida que a matéria escura alimenta estas estrelas primordiais, elas permaneceriam frias em comparação com outros corpos estelares, permitindo-lhes continuar a acumular matéria ao longo das suas vidas.
Este processo continuaria até que as Estrelas Negras atingissem massas milhões de vezes maiores que a do Sol e colapsassem sob a sua própria gravidade, criando massas massivas. buracos negros; sementes que colidem e se fundem para formar buracos negros supermassivos.
Ilie e Ghodla modelaram o ambiente no qual as sementes resultantes do buraco negro existiriam e se fundiriam, calculando as taxas de fusão e a influência no fundo das ondas gravitacionais.
Eles descobriram que restos de estrelas escuras supermassivas poderiam de fato fornecer uma contribuição importante, talvez dominante, para a onda gravitacional de fundo detectada em 2023. Isso significa que as medições fornecidas pelas matrizes de temporização de pulsares poderiam ajudar a determinar quão abundantes eram as sementes de buracos negros pesados no universo primitivo.
“Produza muitas dessas sementes enormes e você acabará produzindo em excesso o sinal detectado pela matriz de temporização do pulsar”, disse Ghodla. “Produza muito poucos e você precisará de outras fontes para montar eficientemente esses buracos negros supermassivos mais tarde na vida do universo para corresponder às observações do conjunto de temporização do pulsar.”
O principal fator determinante aqui seriam as massas do halos de matéria escura onde vivem as estrelas escuras e onde se formam as pesadas sementes dos buracos negros.
Determinar se a teoria dos investigadores está correta pode ter que esperar por melhorias nas medições do conjunto de temporização de pulsares do fundo das ondas gravitacionais, juntamente com uma melhor compreensão das populações de buracos negros e das suas características no Universo primitivo.
A pesquisa da equipe foi publicada nesta segunda-feira (17 de agosto) na revista Revisão Física D.
