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Um estudo publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society propõe que os Pequenos Pontos Vermelhos, objetos misteriosos descobertos pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST), da NASA, podem ser berçários de buracos negros supermassivos formados de maneira direta a partir de nuvens de gás, sem passar pelo colapso de estrelas.
Se confirmada, essa hipótese não só explicaria a origem desses pontos vermelhos, como também resolveria outro enigma observado pelo JWST: a presença de buracos negros gigantes apenas 500 milhões de anos após o Big Bang. Isso desafia a teoria tradicional de formação, que prevê bilhões de anos para que fusões de buracos negros criem essas massas colossais.
Em resumo:
- Pequenos Pontos Vermelhos descobertos pelo James Webb podem ser berçários de buracos negros;
- Eles se formam diretamente de nuvens de gás denso, sem precisar de estrela;
- Colapso direto evita estrelas intermediárias, acelerando formação supermassiva;
- Objetos desaparecem após 1,5 bilhão de anos, com a alteração do ambiente cósmico;
- Observações futuras podem confirmar os berçários e origem dos titãs.
Sementes pesadas e sementes leves
O problema central é que buracos negros supermassivos, com milhões ou bilhões de vezes a massa do Sol, seriam teoricamente formados por fusões de buracos menores, um processo lento. Para explicar os buracos gigantes detectados no Universo jovem, pesquisadores propõem que eles tenham se iniciado como “sementes pesadas”, formadas pelo colapso direto de gás extremamente denso.
Essas sementes pesadas se diferenciam das “sementes leves”, que surgem quando estrelas morrem em supernovas, deixando buracos negros de massa limitada. Sementes pesadas, por outro lado, poderiam existir antes mesmo da primeira geração de estrelas, acelerando a formação de buracos negros supermassivos e mudando a linha do tempo da evolução cósmica.
Segundo Elia Cenci, líder do estudo na Universidade de Genebra, o colapso direto ocorre quando regiões densas de gás primordial caem no centro de halos de matéria escura, sem formar estrelas intermediárias. “Evitar a formação de hidrogênio molecular é essencial, porque ele resfria o gás e favorece estrelas menores. Com isso, podemos formar buracos negros massivos rapidamente”, explicou ao site Space.com.
Os Pequenos Pontos Vermelhos surgiram quando o Universo tinha menos de um bilhão de anos e foram detectados pelo JWST em levantamentos extragalácticos profundos. Eles se destacam pelo brilho vermelho e pelo tamanho extremamente compacto, características que ainda intrigam os astrônomos.
Além da aparência, esses objetos têm propriedades incomuns, como espectros de luz e comportamento físico atípico. Eles desaparecem no Universo por volta de 1,5 bilhão de anos após o Big Bang, reforçando a ideia de que seriam berçários temporários de buracos negros de colapso direto.
Cenci afirma que esses pontos vermelhos podem representar uma população de titãs cósmicos massivos e tênues, cercados por gás e estrelas densas, que não haviam sido detectados com instrumentos anteriores. “Se nossa conexão estiver correta, podemos ter a primeira evidência observacional direta do nascimento dos maiores buracos negros do Universo”.
Simulações confirmam cenário proposto
Simulações de alta resolução da equipe mostraram que buracos negros recém-formados por colapso direto se encaixam naturalmente nas características e abundância observadas nos Pequenos Pontos Vermelhos. Esse resultado sugere que os pontos vermelhos poderiam realmente ser laboratórios cósmicos para estudar o crescimento inicial desses titãs.
Uma vantagem das sementes pesadas é a massa inicial elevada. Elas podem ter dezenas de milhares a um milhão de vezes a massa do Sol, facilitando o crescimento até se tornarem supermassivos. Já as sementes leves, formadas a partir da morte de estrelas, têm massa limitada e crescimento mais lento.
Esse mecanismo ajuda a explicar como buracos negros supermassivos surgiram tão rapidamente no Universo jovem. “Com sementes pesadas, o processo é muito mais eficiente, permitindo que os buracos negros atinjam tamanhos gigantescos em tempo relativamente curto, do ponto de vista astronômico”, afirma Cenci.
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Buracos negros de colapso direto não existem mais
O estudo também explica por que buracos negros de colapso direto não existem mais no Universo local. Para se formarem, eles precisam de gás primordial, sem poluição por elementos mais pesados que hidrogênio e hélio. Estrelas antigas produzem esses elementos e alteram o ambiente, impedindo a formação de novos buracos por colapso direto.
Os Pequenos Pontos Vermelhos desapareceram quando o Universo tinha cerca de 1,5 bilhão de anos. Isso porque o ambiente ao redor deles foi alterado: o gás necessário para formar buracos negros gigantes foi ficando mais escasso e misturado com elementos criados pelas estrelas.
Confirmar a relação entre pontos vermelhos e buracos negros de colapso direto exige observações mais detalhadas, com resolução maior e cobertura espectral mais ampla. Isso ajudaria a entender a dinâmica do gás, a densidade dos berçários e o papel de estrelas e buracos negros nesses ambientes.
Enquanto isso, a equipe de Cenci continua simulando o Universo primordial para testar diferentes cenários de formação. O objetivo é caracterizar a população de buracos negros de colapso direto em contexto cosmológico, esclarecendo até que ponto os Pequenos Pontos Vermelhos estão ligados a esses gigantes cósmicos.
O estudo representa um passo importante para compreender um dos mistérios mais profundos da astrofísica moderna: a origem dos buracos negros supermassivos e a evolução inicial do Universo. Os Pequenos Pontos Vermelhos podem, enfim, abrir uma janela para os primeiros momentos em que esses titãs surgiram no cosmos.