Buracos negros tão massivos que não deveriam ter que não poderiam ser de uma rara fusão tripla

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Buracos negros tão massivos que não deveriam ter que não
poderiam ser de uma rara fusão tripla
 NGC
6240, uma galáxia tripla no processo de fusão, com três buracos negros supermassivos que
eventualmente se combinarão. (NASA/ESA/Hubble Heritage Project/Hubble Collaboration/A. Evans
(tradução)
Buracos negros supermassivos são alguns dos objetos mais auntos do Universo. Em milhões a bilhões
de vezes a massa do Sol, sua evolução é desafiadora de explicar.
E a faixa de massa mais alta para esses objetos, particularmente no início da história do Universo, é
ainda mais desafiadora. Esses buracos negros ultramassivos têm massas acima de 10 bilhões de sóis, e
eles não são apenas teóricos. Uma galáxia chamada J2157 avistou há cerca de 12,3 bilhões de anos
que abrigava um buraco negro de 34 bilhões de massas solares, enquanto uma galáxia chamada S5
0014 + 1981 cerca de 12,1 bilhões de anos atrás tinha uma gargantilha de 40 bilhões de massas
solares.
Se esses buracos negros estivessem apenas sentados lá crescendo a partir da alimentação de material
ao seu redor, não há como, quando o Universo tinha menos de 10% de sua idade atual, eles teriam
tempo suficiente para obter esse tamanho grande.
Obviamente, sua existência não é impossível. Eles estão lá fora, afinal. E uma nova simulação, usando
um poderoso supercomputador para modelar o Universo primordial, nos deu um meio pelo qual esses
animais podem existir, sem quebrar nossos modelos cosmológicos atuais.
“Descobrimos que um possível canal de formação para buracos negros ultramassivos é da fusão
extrema de galáxias massivas que são mais prováveis de acontecer na época do ‘dia cósmico’”, explica
o astrofísico Yueying Ni do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (CfA).
Um crescimento lento por acreção é apenas uma maneira pela qual os buracos negros podem ganhar
massa. Outra maneira, que observamos nos últimos anos, é a colisão entre dois buracos negros. Este é
https://esahubble.org/images/potw1520a/
https://www.sciencealert.com/black-holes
https://www.sciencealert.com/black-holes
https://www.sciencealert.com/this-absolute-monster-of-a-black-hole-eats-the-equivalent-of-a-sun-a-day
https://www.sciencealert.com/this-absolute-monster-of-a-black-hole-eats-the-equivalent-of-a-sun-a-day
https://www.sciencealert.com/research-challenges-ultramassive-black-hole-formation
https://phys.org/news/2023-03-rare-quasar-triplet-massive-universe.html
https://www.sciencealert.com/astronomers-have-detected-a-tsunami-of-gravitational-waves
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um tipo de atalho para ganhar uma grande quantidade de massa, resultando em um buraco negro que é
apenas a menor da massa combinada dos objetos pré-fusão, como uma pequena porcentagem de
massa escapa como energia gravitacional durante a fusão.
Para determinar como os buracos negros ultramassivos podem se formar no Universo primordial, Ni e
seus colegas usaram um software especialmente desenvolvido chamado Astrid, projetado para estudar
a evolução do Universo, incluindo a formação de galáxias e fusões de buracos negros supermassivos.
Eles executam Astrid em um supercomputador chamado Frontera no Texas Advanced Computing
Center.
Um supercomputador é necessário, porque você precisa de um grande volume de espaço para observar
outliers extremos, como buracos negros ultramassivos, e que, por sua vez, requer uma grande
quantidade de poder de computação. Mas valeu a pena: em cerca de 10 bilhões de anos atrás, os
pesquisadores viram buracos negros de cerca de 10 bilhões de massas solares se formando.
A simulação Astrid de uma fusão ultramassiva de buracos negros, com as linhas vermelhas e
amarelas traçando os caminhos de dois buracos negros se fundindo em um terceiro. (Li et al.,
ApJL, 2023)
“O que descobrimos são três buracos negros ultramassivos que montaram sua massa durante o meio-
dia cósmico, o tempo de 11 bilhões de anos atrás, quando a formação de estrelas, núcleos galácticos
ativos (AGN) e buracos negros supermassivos em geral atingem seu pico de atividade”, diz Ni.
“Nesta época, avistamos uma fusão extrema e relativamente rápida de três galáxias massivas. Cada
uma das massas da galáxia é 10 vezes a massa da nossa própria Via Láctea, e um buraco negro
supermassivo fica no centro de cada galáxia. “Nossas descobertas mostram a possibilidade de que
esses sistemas trigêmeos de quasares sejam o progenitor desses raros buracos negros ultramassivos,
depois que esses trigêmeos interagem gravitacionalmente e se fundem uns com os outros.”
https://arxiv.org/abs/2111.01160
https://cosmicdawn.astro.ucla.edu/cosmic_noon.html
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Sabemos que as galáxias às vezes colidem e se fundem umas com as outras – a própria Via Láctea é
uma espécie de monstro de galáxias menores de Frankenstein – e que essas fusões podem ser
esmagamentos de três vias. A simulação de Astrid mostra que isso pode ocorrer no Universo primordial,
também, com quasares de alta massa.
Estas são uma classe de galáxias com um buraco negro supermassivo hiperativo no centro, ativamente
bebendo tanto material que eles brilham com luz através de bilhões de anos-luz, os objetos mais
brilhantes do Universo.
Quando essas galáxias se fundem, o mesmo acontece com seus buracos negros supermassivos,
afundando em direção ao centro da galáxia massiva recém-congerada para realizar uma dança orbital
que acabará por ver uma enorme coalescência de buraco negro. Não sabemos a taxa em que essas
colisões ocorrem – a frequência das ondas gravitacionais que elas emitem é muito baixa para nossa
faixa de detecção atual – mas as estimativas sugerem que isso acontece bastante.
Novos avanços na tecnologia podem significar que estamos muito mais perto de encontrar evidências
observacionais dessas fusões, no entanto. A Antena Espacial de Interferômetro a Laser (LISA) da NASA
será capaz de detectar uma gama muito maior de ondas gravitacionais; e o poderoso Telescópio
Espacial James Webb está ainda olhando para o Universo distante para desvendar seus segredos.
As descobertas da equipe e as simulações de Astrid serão capazes de ajudar os cientistas a interpretar
melhor as observações do JWST e descobrir como o meio-dia cósmico moldou o Universo que vemos
ao nosso redor hoje.
“Este é um momento emocionante para os astrofísicos”, diz Ni.
A pesquisa foi publicada no The Astrophysical Journal Letters.
https://www.sciencealert.com/new-map-charts-the-milky-way-s-dramatic-history-of-violence
https://www.sciencealert.com/hubble-has-captured-the-beautiful-collision-of-three-galaxies
https://www.sciencealert.com/an-incredible-weird-galaxy-has-turned-out-to-be-three-galaxies-merging
https://www.sciencealert.com/gravitational-waves
https://www.sciencealert.com/astronomers-find-a-new-way-of-spotting-colliding-supermassive-black-holes
https://lisa.nasa.gov/
https://lisa.nasa.gov/
https://phys.org/news/2023-03-rare-quasar-triplet-massive-universe.html
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aca160