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O Telescópio Espacial Romano da NASA pode revelar buracos negros destruindo estrelas. O lançamento está previsto para 30 de agosto
O lançamento do próximo supertelescópio da NASA, o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman (Roman), pode significar que não há mais lugar para os buracos negros violentos se esconderem.
Na verdade, esses canibais cósmicos talvez nem consigam se esconder de romano no “meio-dia cósmico”, um período da história do universo que ocorreu cerca de 11 a 12 bilhões de anos atrás. O estudo destes eventos estelares sangrentos tão cedo na história do universo poderia ajudar a revelar como buracos negros supermassivos cresceu tão grande, tão rapidamente.
Ocorrências de buracos negros estrelas destruidoras são chamadas eventos de perturbação das marés (TDEs), e acontecem quando a órbita de uma estrela infeliz a aproxima demais da imensa influência gravitacional de um buraco negro supermassivo. Isto simultaneamente comprime e comprime a estrela num processo chamado “espaguetificação”, com massa de plasma envolvendo o buraco negro e sendo alimentada gradualmente para ele.
Como os buracos negros supermassivos estão envoltos em uma fronteira unidirecional de retenção de luz chamada horizonte de eventos, a única maneira de estudá-los é quando eles estão consumindo ativamente a matéria circundante. Essa matéria gira em torno deles no que é conhecido como discos de acreção.
No entanto, os buracos negros supermassivos mais leves não são alimentadores vorazes, o que os torna mais difíceis de investigar. Isto é, até que uma estrela se aproxime demasiado e seja fragmentada num TDE incrivelmente brilhante que pode ofuscar a luz combinada de cada estrela na galáxia hospedeira do buraco negro supermassivo. Os TDEs são mais comuns em buracos negros supermassivos com massas de cerca de 100.000 a 100 milhões de sóis, porque os buracos negros supermassivos com massas superiores a mil milhões de massas solares tendem a engolir imediatamente os seus petiscos estelares.
Pesquisas anteriores sugeriram que os TDEs não seriam comuns no universo primitivo, porque os primeiros buracos negros supermassivos não teriam sequer uma massa 100.000 vezes maior que a do Sol e, portanto, não destruiriam estrelas. No entanto, um novo estudo reavaliou a frequência dos TDEs cerca de mil a dois mil milhões de anos após o Big Bang, descobrindo que podem ser mais comuns do que o estimado anteriormente. Especialmente durante as condições de superlotação encontradas durante o meio-dia cósmico.
Com lançamento previsto para 30 de agosto de 2026os cientistas esperam que o Levantamento de Domínio de Tempo em Alta Latitude de Roman, que revisitará repetidamente uma região do céu equivalente a 90 luas cheias, seja uma ferramenta poderosa na busca por TDEs no universo primitivo e no seu estudo subsequente. Esta equipe estimou que Rubin detectará milhares a dezenas de milhares de TDEs a cada ano, com centenas datando do meio-dia cósmico.
“O Telescópio Espacial Romano será transformador para a ciência transitória (transientes são eventos astronômicos que iluminam o céu e depois desaparecem)”, disse o líder da equipe de pesquisa Mitchell Karmen, da Universidade Johns Hopkins. disse em um comunicado. “Graças à alta sensibilidade de Roman, podemos encontrar múltiplos eventos de perturbação de marés a distâncias maiores e em tempos cósmicos mais antigos do que nunca.”
Isso significa que Roman está idealmente preparado para resolver um quebra-cabeça que se desenvolveu desde seu antecessor, o Telescópio Espacial James Webb (JWST), começou a enviar dados de volta à Terra em julho de 2022.
Como os primeiros TDEs poderiam resolver o quebra-cabeça do crescimento do buraco negro
Buracos negros supermassivos com massas equivalentes a milhões ou mesmo bilhões de sóis são encontrados no coração de todas as grandes galáxias. Quando são vistos no universo relativamente local, isso não é tão problemático; eles tiveram muito tempo para crescer por meio de fusões e alimentação.
No entanto, o JWST tem detectado rotineiramente buracos negros supermassivos antes de o universo ter pelo menos 1 bilhão de anos. Isto é preocupante porque estes primeiros buracos negros deveriam ter passado por pelo menos mil milhões de anos de fusões e alimentação glutona para alcançarem o estatuto de supermassivos. Os cientistas têm duas teorias predominantes sobre como esse crescimento pode ter acontecido.
A primeira sugere que buracos negros supermassivos crescem a partir de “sementes leves”, começando com buracos negros com massa apenas algumas centenas de vezes a do Sol, que nascem da morte e do colapso de estrelas massivas.
Esses buracos negros podem pesar até algumas centenas de vezes a massa do Sol. Esses buracos negros se fundiriam ao longo do tempo, além de consumirem o gás circundante a uma taxa incrível que facilita o rápido crescimento. Para que esta teoria fosse correta, cada jovem galáxia teria de abrigar um enorme buraco negro no seu centro.
A segunda teoria sugere que os primeiros buracos negros supermassivos cresceram a partir de “sementes pesadas” criadas diretamente a partir do colapso de vastas nuvens de gás e poeira primordiais. Isto permitiria um crescimento rápido porque os buracos negros poderiam iniciar todo o processo de fusão e alimentação antes que as primeiras estrelas vivessem e morressem.
Se este fosse o caminho correto, no entanto, o facto de os eventos de colapso serem raros tornaria os buracos negros massivos no coração das galáxias cósmicas do meio-dia menos comuns.
Como os TDEs são comuns a buracos negros supermassivos menos massivos, contar a sua ocorrência ao meio-dia cósmico poderia dar uma indicação das massas dos buracos negros durante essa época – a chave para determinar entre sementes pesadas e sementes leves.
“Os eventos de perturbação das marés ajudam-nos a investigar a população de buracos negros supermassivos leves, o que pode ajudar-nos a discriminar entre estes modelos,” disse Karmen.
“Apenas contando o número de TDEs em função do redshift (uma medida da distância cósmica), você pode impor restrições significativas à população de buracos negros com um milhão de massas solares. Roman será transformador, pois pode sondar eventos de perturbação de marés a distâncias maiores, para que você possa ver como a taxa de TDEs evolui ao longo do tempo”, disse Suvi Gezari, membro da equipe, professor associado de astronomia da Universidade de Maryland. “Assim como o JWST transformou nossa compreensão do distante, galáxias com alto desvio para o vermelho (muito distantes)Roman está preparado para transformar nossa compreensão dos transientes de alto desvio para o vermelho.”
A pesquisa da equipe foi publicada em 14 de julho no O Jornal Astrofísico.
