Uma nova pesquisa indica que o “teorema da calvície”, que é tido como facto na astrofísica, pode não ser verdade.
NASA Horizonte de eventos do buraco negro da Via Láctea
Num recente artigo que ainda não foi revisto por pares, os físicos desafiam o longo e estabelecido “teorema da calvície” dos buracos negros, sugerindo que o modelo pode ser mais complexo do que se pensava anteriormente.
Se a teoria alternativa da gravidade, conhecida como formulação tele-paralela, estiver correta, poderá revolucionar aquilo que sabemos sobre o funcionamento dos buracos negros, explica o IFLScience.
O “teorema da calvície” postula que apenas três factores – massa, carga eléctrica e rotação – podem descrever tudo sobre um buraco negro. Assim, qualquer outra informação torna-se indistinguível para observadores externos assim que o buraco negro a consome.
Esta ideia é referida metaforicamente como “cabelo”, sugerindo que nenhuma informação emana de um buraco negro para além do seu ponto de não retorno.
Embora o “teorema da calvície” ainda não tenha sido definitivamente provado, muitos na comunidade de física aceitam-no como facto. No entanto, uma minoria procura evidências em contrário.
O artigo discutido explora principalmente a formulação tele-paralela da gravidade Einstein-Gauss-Bonnet — uma alternativa à Relatividade Geral.
Enquanto a Relatividade Geral resistiu fortemente a numerosos testes, entra em conflito com a mecânica quântica, nomeadamente sobre a ideia de que a informação nunca pode ser genuinamente erradicada.
Na abordagem tele-paralela, em vez de as massas dobrarem o espaço-tempo (conforme a concepção de Einstein da gravidade), elas torcem-no. Os autores identificaram dois métodos para resolver equações neste contexto.
Concentraram-se num que os levou ao conceito de “buracos negros cabeludos“. Isto sugere a presença de campos escalares fora do horizonte de eventos, fornecendo informações adicionais sobre o interior do buraco negro.
Os investigadores lembram que a descoberta de buracos negros cabeludos não é algo novo, já que outras teorias de gravidade modificada também propuseram soluções semelhantes.
No entanto, a sua exploração oferece uma perspectiva fresca, desafiando as visões tradicionais sobre a natureza dos buracos negros.
Um artigo científico publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society sugere a existência de vários buracos negros no enxame das Híades – o enxame aberto mais próximo do nosso Sistema Solar – o que faria deles os buracos negros mais próximos da Terra alguma vez detectados.
O estudo resulta de uma colaboração entre um grupo de cientistas liderado por Stefano Torniamenti, da Universidade de Pádua (Itália), com a participação significativa de Mark Gieles e Friedrich Anders, ambos da Faculdade de Física da Universidade de Barcelona e do Instituto de Estudos Espaciais da Catalunha (IEEC).
Imagem do enxame aberto das Híades. Crédito: Jose Mtanous
Mais concretamente, a descoberta ocorreu durante uma estadia de investigação do perito Stefano Torniamenti no ICCUB (Instituto de Ciências do Cosmos da Universidade de Barcelona), uma das unidades de investigação que integram o IEEC.
Buracos negros no enxame estelar das Híades?
Desde a sua descoberta, os buracos negros são um dos fenómenos mais misteriosos e fascinantes do Universo e tornaram-se objecto de estudo para investigadores de todo o mundo. Isto é particularmente verdade para os buracos negros pequenos, porque foram observados durante a detecção de ondas gravitacionais.
Desde a detecção das primeiras ondas gravitacionais em 2015 que os especialistas têm observado muitos eventos que correspondem a fusões de pares de buracos negros de baixa massa.
Para o estudo publicado, a equipa de astrofísicos utilizou simulações que rastreiam o movimento e a evolução de todas as estrelas das Híades – localizadas a uma distância do Sol de cerca de 45 parsecs (cerca de 150 anos-luz) – para reproduzir o seu estado actual.
Os enxames abertos são grupos de centenas de estrelas que partilham certas propriedades, como a idade e as características químicas. Os resultados da simulação foram comparados com as posições e velocidades actuais das estrelas das Híades, que são agora conhecidas com precisão a partir de observações feitas pelo satélite Gaia da ESA.
“As nossas simulações só podem corresponder simultaneamente à massa e ao tamanho das Híades se alguns buracos negros estiverem actualmente presentes no centro do enxame (ou até recentemente)”, diz Stefano Torniamenti, investigador pós-doutorado na Universidade de Pádua e primeiro autor do artigo.
As propriedades observadas das Híades são mais bem reproduzidas por simulações com dois ou três buracos negros no presente, embora as simulações em que todos os buracos negros foram ejectados (há menos de 150 milhões de anos, aproximadamente o último quarto da idade do enxame) possam ainda assim dar uma boa correspondência, porque a evolução do enxame não poderia apagar os vestígios da sua anterior população de buracos negros.
Os novos resultados indicam que os buracos negros nascidos nas Híades ainda estão dentro do enxame, ou muito perto dele. Isto torna-os os buracos negros mais próximos do Sol, muito mais próximos do que o anterior candidato (nomeadamente o buraco negro Gaia BH1, que se encontra a 480 parsecs do Sol).
Nos últimos anos, os avanços do Gaia tornaram possível, pela primeira vez, estudar em pormenor a posição e a velocidade das estrelas de enxames abertos e identificar estrelas individuais com confiança.
“Esta observação ajuda-nos a compreender como a presença de buracos negros afecta a evolução dos enxames estelares e como estes, por sua vez, contribuem para as fontes de ondas gravitacionais”, afirma Mark Gieles, membro do Departamento de Física Quântica e Astrofísica da Universidade de Barcelona e anfitrião do primeiro autor nessa cidade. “Estes resultados também nos dão uma ideia de como estes objectos misteriosos estão distribuídos pela Galáxia”.
O novo estudo é o resultado de uma estreita colaboração entre a Universidade de Pádua, o ICUBB-IEEC, a Universidade de Cambridge (Reino Unido), o Observatório Europeu do Sul (ESO) e a Universidade Nacional Sun Yat-sen (China).
Anos depois de despedaçar estrelas, 24 buracos negros subitamente explodiram com ondas de rádio em ataques inexplicáveis de “arrotos”. Metade de todos os buracos negros que matam estrelas podem passar pela mesma experiência.
Uma ilustração mostra um evento de perturbação das marés, um buraco negro destruindo uma estrela e devorando-a. (Crédito da imagem: Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF)
Até metade dos buracos negros que devoram estrelas “arrotam” seus restos estelares anos depois.
Os astrónomos fizeram a descoberta depois de passarem anos a observar buracos negros envolvidos em eventos de perturbação de marés (TDEs).
Os TDEs ocorrem quando as estrelas se aventuram demasiado perto dos buracos negros . A imensa gravidade desses monstros cósmicos exerce incríveis forças de maré que esticam e comprimem as estrelas – um processo chamado espaguetificação.
As infelizes estrelas envolvidas nos TDEs são dilaceradas ou “desvendadas” em questão de horas, sinalizadas por um poderoso flash de radiação electromagnética na luz visível.
Parte do material estelar da estrela destruída é expelido para longe do buraco negro, enquanto o resto forma uma fina estrutura semelhante a um frisbee, chamada disco de acreção, que gradualmente alimenta o buraco negro com esse material.
Nos seus primeiros dias, o disco de acreção é instável e a matéria se espalha e se choca contra si mesma, causando fluxos detectáveis por ondas de rádio. Mas os astrónomos tradicionalmente só olham para estes buracos negros comedores de estrelas durante alguns meses após os TDEs.
Na nova investigação, contudo, os astrónomos observaram buracos negros envolvidos em TDEs durante centenas de dias, descobrindo que em até 50% dos casos, os buracos negros “arrotaram” matéria estelar anos após o TDE.
“Se você olhar anos depois, uma fracção muito, muito grande desses buracos negros que não tinham emissão de rádio nesses tempos iniciais irá, na verdade, ‘ligar-se’ repentinamente em ondas de rádio”, disse a autora principal do estudo, Yvette Cendes , pesquisadora associada da o Centro Havard e Smithsonian de Astrofísica disse ao Live Science.
“Eu chamo isso de ‘arroto’ porque estamos tendo algum tipo de atraso em que esse material só sai do disco de acreção muito mais tarde do que as pessoas esperavam.”
A reemissão deste material para 10 dos 24 buracos negros aconteceu entre dois e seis anos após os eventos de destruição estelar. As observações são descritas em um estudo carregado em 25 de Agosto no banco de dados de pré-impressão arXiv , que ainda não foi revisado por pares.
Buracos negros são definitivamente comedores bagunceiros
Cendes e a equipe não sabem o que está fazendo com que os buracos negros “se liguem” depois de muitos anos, mas seja lá o que for, definitivamente não vem de dentro dos buracos negros.
Os buracos negros são marcados por um horizonte de eventos , o ponto em que a gravidade é tão forte que nem mesmo a luz consegue escapar. “Os buracos negros são ambientes gravitacionais muito extremos, mesmo antes de você passar por esse horizonte de eventos, e é isso que realmente está impulsionando isso”, disse Cendes. .
“Não compreendemos totalmente se o material observado nas ondas de rádio vem do disco de acreção ou se está armazenado em algum lugar mais próximo do buraco negro. No entanto, os buracos negros são definitivamente comedores confusos.”
Parte do mistério decorre de modelos de computador que simulam TDEs, que normalmente terminam poucas semanas após a destruição da estrela. A nova investigação sugere que os modelos precisam de ser actualizados para capturar alguns dos comportamentos mais inesperados dos buracos negros.
Por exemplo, em dois casos, as ondas de rádio emitidas pelos buracos negros atingiram o pico, desapareceram e depois atingiram o pico novamente.
“Houve um segundo pico, os dois buracos negros voltaram a brilhar, e isso é completamente novo e inesperado”, disse Cendes. “As pessoas estavam pensando que haveria um fluxo de saída, e então estaria feito. Portanto, esta observação significa que esses buracos negros podem ‘ligar’ e depois ‘ligar’ novamente.”
Cendes disse que a equipa continuará monitorizando todos os buracos negros causadores de TDE, especialmente porque alguns deles ainda estão ficando mais brilhantes.
Uma equipa de astrónomos chineses observou um fenómeno de obscurecimento de raios-X na galáxia NGC 6814. O buraco negro super-massivo no seu centro está a ser ocultado por algum tipo de material.
M. Weiss / CXC / NASA
Há algo a obscurecer a intensa emissão de raios-X proveniente do gás e do pó que rodeiam o buraco negro super-massivo de NGC 6814, uma galáxia brilhante de média dimensão a 75 milhões de anos luz da Terra.
Normalmente, quando se fala em “obscurecimento” relacionado com buracos negros, referimo-nos normalmente a um buraco negro que está a bloquear da nossa visão certas fontes de emissão de radiação.
No entanto, num novo estudo publicado a semana passada na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, uma equipa de investigadores da Universidade de Ciência e Tecnologia da China relataram ter observado na galáxia NGC 6814 o fenómeno oposto: algo a obscurecer o buraco negro.
Há um buraco negro super-massivo no centro de todas as grandes galáxias. No caso da nossa galáxia, a Via Láctea, é Sagitário A*, que acordou há 200 anos.
Frequentemente, gás e poeira são absorvidos por estes buracos negros, e uma parte da sua massa converte-se em intensa emissão de radiação, que podemos detectar a milhões de anos-luz de distância..
Segundo a Phys.org, este é o caso do sistema estelar NGC 6814, que a equipa de astrónomos chineses liderada pelo professor Wang Junxian estudou, usando o telescópio orbital de raios-X XMM-Newton.
No artigo recentemente publicado, os investigadores explicam ter observado algo a eclipsar temporariamente a intensa emissão proveniente do buraco negro. Estes fenómenos de obscurecimento de raios-X são extremamente raros. Até agora, apenas foram observados 4 ou 5 vezes.
Tanto a coroa de raios-X do buraco negro como o objecto que o está a obscurecer são demasiado pequenos para serem directamente vistos a partir de uma distância tão vasta. No entanto, ao analisar a forma como o espectro de raios-X muda durante o obscurecimento, os investigadores conseguiram reunir informações substanciais.
Os autores do estudo usaram um diagrama “fluxo-cor”, que mostrou que quanto mais “suave” se torna a emissão de raios-X, mais brilhante ela é — tendo concluído que que o objecto que obscurece o buraco negro é maior do que o próprio buraco negro e consiste em aglomerados individuais que se movem em conjunto.
Segundo as evidências recolhidas no decorrer do estudo, o objecto que eclipsa o buraco negro faz parte dos fluxos provenientes do seu próprio disco de acreção.
Esta nuvem de fragmentos rochosos e poeira move-se a velocidades de até 10.000 km/s, e a coroa de raios-X em si é muito pequena: o seu diâmetro é de apenas 10 raios gravitacionais do objecto central.
A astronomia não cessa de nos surpreender. Além do Sol e da Lua, também os buracos negros têm eclipses…
Os astrónomos fizeram um estudo forense minucioso de uma estrela que foi dilacerada quando se aventurou demasiado perto de um buraco negro gigante e depois teve as suas entranhas atiradas para o espaço.
Esta ilustração artística mostra o rescaldo do “evento de perturbação de marés” denominado ASASSN-14li, em que uma estrela foi despedaçada depois de se aproximar demasiado de um buraco negro super-massivo. Depois da estrela ter sido despedaçada, parte do seu gás (vermelho) orbitou e caiu no buraco negro, enquanto uma parte do gás foi expulsa por um vento (azul). Os cientistas utilizaram um espectro de raios X do Chandra para sondar os elementos contidos neste vento, incluindo a detecção de azoto. Os dados de raios X indicam que a estrela do evento ASASSN-14li tinha cerca de três vezes a massa do Sol, o que faz dela uma das maiores estrelas já conhecidas a ser destruída num evento de perturbação de marés. Crédito: NASA/CXC/Universidade de Michigan/J. Miller et al.; ilustração – NASA/CXC/M.Weiss
O Observatório de raios X Chandra da NASA e o XMM-Newton da ESA estudaram a quantidade de azoto e de carbono perto de um buraco negro que se sabe ter despedaçado uma estrela.
Os astrónomos pensam que estes elementos foram criados no interior da estrela antes desta se ter despedaçado ao aproximar-se do buraco negro.
“Estamos a ver as entranhas do que costumava ser uma estrela”, disse Jon Miller, da Universidade de Michigan, que liderou o estudo. “Os elementos deixados para trás são pistas que podemos seguir para descobrir que tipo de estrela encontrou o seu fim”.
Nos últimos anos, os astrónomos têm encontrado muitos exemplos de “eventos de perturbação de marés”, em que as forças gravitacionais de um buraco negro massivo destroem uma estrela.
Isto provoca uma erupção, frequentemente observada no visível, no ultravioleta e em raios X, à medida que os detritos da estrela são aquecidos. Este evento, denominado ASASSN-14li, destaca-se por várias razões.
À altura da descoberta, em Novembro de 2014, foi a perturbação de marés mais próxima da Terra (290 milhões de anos-luz) descoberta numa década. Devido a esta proximidade, ASASSN-14li forneceu um nível extraordinário de pormenores sobre a estrela destruída.
A equipa de Miller aplicou novos modelos teóricos para fazer melhores estimativas, em comparação com trabalhos anteriores, da quantidade de azoto e carbono em torno do buraco negro.
“Estes telescópios de raios X podem ser usados como ferramentas forenses no espaço”, disse a co-autora Brenna Mockler dos Observatórios Carnegie e da Universidade da Califórnia, em Los Angeles.
“A quantidade relativa de azoto e carbono que encontrámos aponta para material do interior de uma estrela condenada com cerca de três vezes a massa do Sol.”
A estrela do evento ASASSN-14li é, portanto, uma das mais massivas – talvez a mais massiva – que os astrónomos viram ser destruída por um buraco negro até hoje.
“ASASSN-14li é excitante porque uma das coisas mais difíceis com as perturbações de marés é ser capaz de medir a massa da estrela azarada, como fizemos aqui,” disse o co-autor Enrico Ramirez-Ruiz da Universidade da Califórnia, Santa Cruz.
“Observar a destruição de uma estrela massiva, por um buraco negro super-massivo, é fascinante porque se espera que as estrelas mais massivas sejam significativamente menos comuns do que as estrelas de menor massa.”
No início deste ano, outra equipa de astrónomos relatou o acontecimento “Barbie assustadora”, em que estimaram que uma estrela com cerca de 14 vezes a massa do Sol foi destruída por um buraco negro.
No entanto, este fenómeno ainda não foi confirmado como uma perturbação de marés, com a estimativa da massa da estrela a basear-se principalmente no brilho da erupção e não numa análise detalhada do material em torno do buraco negro, como no caso de ASASSN-14li.
Outro aspecto interessante do resultado de ASASSN-14li é o que significa para estudos futuros. Os astrónomos observaram estrelas moderadamente massivas como ASASSN-14li no enxame estelar que contém o buraco negro super-massivo no centro da nossa Galáxia.
Por conseguinte, a capacidade de estimar as massas estelares de estrelas perturbadas pelas marés pode dar aos astrónomos uma forma de identificar a presença de enxames estelares em torno de buracos negros super-massivos em galáxias mais distantes.
Até este estudo, havia uma forte possibilidade de que os elementos observados em raios X pudessem ser provenientes de gás libertado em erupções anteriores do buraco negro super-massivo. O padrão de elementos aqui analisado, no entanto, parece ter vindo de uma única estrela.
Um trabalho anterior, publicado em 2017 por Chenwie Yang, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hefei, na China, utilizou dados ultravioletas do Telescópio Espacial Hubble da NASA para mostrar que há mais azoto do que carbono em ASASSN-14li, mas em menor quantidade do que a equipa de Miller encontrou utilizando dados de raios X. Esses autores calcularam que a estrela tinha apenas uma massa equivalente a 0,6 sóis.
O novo artigo científico foi publicado na edição de 20 de Agosto de 2023 da revista The Astrophysical Journal Letters e está disponível online. Os outros autores do artigo, para além de Miller, Mockler e Ramirez-Ruiz, são Paul Draghis (Universidade de Michigan), Jeremy Drake (Centro para Astrofísica | Harvard & Smithsonian), John Raymond (CfA), Mark Reynolds (Universidade de Michigan), Xin Xiang (Universidade de Michigan), Sol Bin Yun (Universidade de Michigan) e Abderahmen Zoghbi (Universidade de Maryland).
Um levantamento, pela Universidade do Kansas, de uma faixa do cosmos utilizando o Telescópio Espacial James Webb, revelou que os NGAs (núcleos galácticos activos) – buracos negros super-massivos que estão a aumentar rapidamente de tamanho – são mais raros do que muitos astrónomos supunham anteriormente.
Ilustração de um NGA (núcleo galáctico ativo). Crédito: ESA/NASA, project AVO e Paolo Padovani
As descobertas, efectuadas com o instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) do JWST, sugerem que o nosso Universo pode ser um pouco mais estável do que se pensava.
O trabalho também fornece informações sobre observações de galáxias ténues, as suas propriedades e os desafios na identificação de NGAs.
Um novo artigo detalhando a investigação do JWST, realizada sob os auspícios do programa CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science), foi disponibilizado no site arXiv, antes da publicação formal revista por pares na revista The Astrophysical Journal.
O trabalho, liderado por Allison Kirkpatrick, professora assistente de física e astronomia na Universidade do Kansas, centrou-se numa zona do cosmos há muito estudada, designada por Faixa de Groth Estendida, situada entre as constelações de Ursa Maior e Boieiro. Mas os exames anteriores da área tiveram por base uma geração menos poderosa de telescópios espaciais.
“As nossas observações foram feitas nos passados meses de Junho e Dezembro e o nosso objectivo era caracterizar o aspecto das galáxias durante o apogeu da formação estelar no Universo”, disse Kirkpatrick. “Trata-se de uma retrospectiva de 7 a 10 mil milhões de anos no passado.
Utilizámos o MIRI do Telescópio Espacial James Webb para observar a poeira em galáxias que existiam há 10 mil milhões de anos e essa poeira pode esconder a formação estelar em curso e pode esconder buracos negros super-massivos em crescimento.
Por isso, realizei o primeiro levantamento para procurar estes buracos negros super-massivos escondidos nos centros destas galáxias”.
Embora todas as grandes galáxias tenham um buraco negro super-massivo no seu centro, os NGAs são agitações mais espectaculares que atraem activamente gases e apresentam uma luminosidade que não existe nos buracos negros típicos.
Kirkpatrick e muitos outros astrofísicos previram que o estudo de alta resolução do JWST iria localizar muitos mais NGAs do que um levantamento anterior, realizado com o Telescópio Espacial Spitzer.
No entanto, mesmo com o aumento de potência e sensibilidade do MIRI, foram encontrados poucos NGAs adicionais no novo estudo.
Observação do MIRI (painel da direita) do JWST juntamente com observações IRAC (Infrared Array Camera, meio) e MIPS (Multiband Imaging Photometer for Spitzer, esquerda) da mesma região, mas pelo Spitzer. Crédito: Kirkpatrick, et. al.
“Os resultados eram completamente diferentes dos que eu tinha previsto, o que me levou à primeira grande surpresa”, disse Kirkpatrick. “Uma revelação importante foi a escassez de buracos negros super-massivos em rápido crescimento. Esta descoberta suscitou questões sobre o paradeiro destes objectos.
Acontece que estes buracos negros estão provavelmente a crescer a um ritmo mais lento do que se pensava anteriormente, o que é intrigante, considerando que as galáxias que examinei se assemelham à nossa Via Láctea do passado.
As observações anteriores com o Spitzer apenas nos permitiram estudar as galáxias mais brilhantes e massivas com buracos negros super-massivos de rápido crescimento, tornando-os fáceis de detectar”.
Kirkpatrick disse que um mistério importante na astronomia reside na compreensão de como os buracos negros super-massivos típicos, como os que se encontram em galáxias como a Via Láctea, crescem e influenciam a sua galáxia hospedeira.
“As descobertas do estudo sugerem que estes buracos negros não estão a crescer rapidamente, absorvendo material limitado e talvez não tenham um impacto significativo nas galáxias que os acolhem”, afirmou.
“Esta descoberta abre uma perspectiva totalmente nova sobre o crescimento dos buracos negros, uma vez que a nossa compreensão actual se baseia em grande parte nos buracos negros mais massivos das maiores galáxias, que têm efeitos significativos nas suas hospedeiras, mas os buracos negros mais pequenos destas galáxias provavelmente não têm.”
Outro resultado surpreendente foi a ausência de poeira nestas galáxias, disse a astrónoma da Universidade do Kansas.
“Usando o JWST, podemos identificar galáxias muito mais pequenas do que nunca, incluindo galáxias do tamanho da Via Láctea ou mesmo mais pequenas, o que era anteriormente impossível a estas distâncias cósmicas”, disse Kirkpatrick. “Normalmente, as galáxias mais massivas têm poeira abundante devido às suas rápidas taxas de formação estelar.
Eu tinha assumido que as galáxias de menor massa também conteriam quantidades substanciais de poeira, mas afinal não, desafiando as minhas expectativas e fornecendo outra descoberta intrigante.”
De acordo com Kirkpatrick, o trabalho muda a compreensão de como as galáxias crescem, particularmente no que diz respeito à Via Láctea.
“O nosso buraco negro parece não ter qualquer actividade”, disse. “Uma questão importante em relação à Via Láctea é saber se alguma vez esteve activa ou se passou por uma fase NGA.
Se a maioria das galáxias, como a nossa, não têm NGAs detectáveis, isso pode implicar que o nosso buraco negro nunca esteve mais activo no passado.
Em última análise, este conhecimento ajudará a limitar e a medir as massas dos buracos negros, lançando luz sobre as origens do crescimento dos buracos negros, que continuam a ser uma questão sem resposta”.
Kirkpatrick obteve recentemente novo tempo de observação com o JWST para efectuar um estudo mais alargado do campo da Faixa de Groth Estendida com o MIRI.
O seu trabalho atual incluía cerca de 400 galáxias. O seu próximo levantamento (MEGA: MIRI EGS Galaxy and AGN survey) incluirá cerca de 5000 galáxias. O trabalho está planeado para janeiro de 2024.
Poderia a Terra — e já agora, todo o nosso universo — estar localizada no interior de um buraco negro de um universo pai maior?
ZAP // NASA
Esta hipótese desconcertante, conhecida como cosmologia de Schwarzschild, foi recentemente abordada por Gaurav Khanna, físico da Universidade de Rhode Island especialista em buracos negros, e Scott Field, professor associado de matemática da UMass Dartmouth, no Massachusetts.
Os buracos negros, regiões cósmicas onde a atracção da gravidade é tão extrema que nem mesmo a luz consegue escapar, teoricamente poderiam ter consumido a Terra há milhares de milhões de anos.
No entanto, tal evento teria resultado numa força gravitacional catastrófica que esticaria a matéria em formas semelhantes a esparguete antes de a incinerar numa singularidade densa e quente — a chamada esparguetificação.
Mas, dado o estado intacto em actualmente que a Terra (ainda) se encontra, podemos excluir essa possibilidade, explica Khanna ao LIveScience.
A segunda hipótese, e mais provável, é que a Terra possa ter-se formado dentro de um buraco negro.
Segundo Khanna, um buraco negro pode ser visto grosseiramente como uma reversão do Big Bang. Algumas teorias sugerem que o Big Bang foi inicialmente uma singularidade dentro de um buraco negro de um universo pai maior.
Esta singularidade ter-se-ia comprimido até um ponto de ruptura, causando uma monumental explosão cósmica que teria dado origem ao nosso universo — no interior do buraco negro pai.
Este cenário sugere que o nosso universo poderia estar a expandir-se dentro de um buraco negro aninhado dentro de um universo pai, criando uma realidade em múltiplas camadas — algo semelhante às Matrioskas, as famosas bonecas russas dentro de bonecas russas (dentro de outras bonecas russas).
Embora esta ideia seja cativante, verificar tal teoria parece praticamente impossível, dada a natureza unidireccional dos horizontes de eventos dos buracos negros.
No entanto, se estivéssemos dentro de um buraco negro, Field estima que teria de ser enorme, talvez do tamanho do universo em si, uma vez que buracos negros menores exibiriam assinaturas notáveis, como distorções devido à gravidade extrema, incluindo a desaceleração do tempo e a expansão da matéria.
Embora esta teoria possa fazer-nos reflectir sobre as nossas origens cósmicas e a natureza do nosso universo, Khanna considera que, nesse caso, não teríamos qualquer consciência de qualquer universo pai fora do nosso universo de buraco negro — tornando a busca pelo nosso predecessor universal incrivelmente desafiante.
Eis seguramente matéria para reflexão de uma pequena parte dos nossos leitores — já que a maioria de nós ficamos com o cérebro esparguetificado ao terceiro parágrafo.
CIÊNCIA // ASTRONOMIA // JAMES WEBB // BURACOS NEGROS
Investigadores descobriram o buraco negro super-massivo activo mais distante até à data com o Telescópio Espacial James Webb. A galáxia, CEERS 1019, existiu pouco mais de 570 milhões de anos após o Big Bang e o seu buraco negro é menos massivo do que qualquer outro já identificado no Universo primitivo.
Não só isso, como também “sacudiram” facilmente mais dois buracos negros que também são para o mais pequeno e que existiram 1 e 1,1 mil milhões de anos após o Big Bang.
O JWST também identificou onze galáxias que existiram quando o Universo tinha entre 470 e 675 milhões de anos. As evidências foram fornecidas pelo levantamento CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science) do Webb, liderado por Steven Finkelstein da Universidade do Texas em Austin.
O programa combina as imagens altamente detalhadas no infravermelho próximo e médio do Webb com dados conhecidos como espectros, todos utilizados para fazer estas descobertas.
Uma secção parcial do panorama infravermelho captado pelo Telescópio Espacial James Webb para o levantamento CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science). Ver aqui o panorama total. Crédito: NASA, ESA, CSA, Steve Finkelstein (UT Austin), Micaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin)
CEERS 1019 é notável não só pelo facto de ter existido há tanto tempo, mas também pela massa relativamente pequena do seu buraco negro. Este buraco negro tem cerca de 9 milhões de massas solares, muito menos do que outros buracos negros que também existiram no Universo primitivo e que foram detectados por outros telescópios.
Esses gigantes contêm normalmente mais de mil milhões de vezes a massa do Sol – e são mais fáceis de detectar porque são muito mais brilhantes (estão activamente a “comer” matéria, que se ilumina à medida que rodopia em direcção ao buraco negro).
O buraco negro na galáxia CEERS 1019 é mais parecido com o buraco negro no centro da nossa Galáxia, a Via Láctea, que tem 4,6 milhões de vezes a massa do Sol.
Este buraco negro também não é tão brilhante como os gigantes mais massivos anteriormente detectados. Embora mais pequeno, este buraco negro existiu há tanto tempo que ainda é difícil explicar como se formou tão pouco depois do início do Universo.
Os investigadores há muito que sabem que os buracos negros mais pequenos devem ter existido mais cedo no Universo, mas só quando o Webb começou a operar é que foram capazes de fazer detecções definitivas (CEERS 1019 poderá deter este recorde apenas durante algumas semanas – certas descobertas acerca de outros buracos negros mais distantes, identificados pelo Webb, estão actualmente a ser cuidadosamente revistas pela comunidade astronómica).
Esta representação de CEERS 1019, observada pelos investigadores do Instituto de Tecnologia de Rochester Rebecca Larson e Jeyhan Kartaltepe, mostra que o buraco negro existiu 570 milhões de anos após o Big Bang. Este é o buraco negro super-massivo activo mais distante alguma vez encontrado. Crédito: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI); ciência – Steve Finkelstein (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin), Pablo Arrabal Haro (NOIRLab da NSF)
Os dados do Webb estão praticamente a transbordar de informação precisa, o que torna estas confirmações tão fáceis de extrair dos dados. “Olhar para este objecto distante com este telescópio é muito parecido com olhar para os dados de buracos negros que existem em galáxias próximas da nossa”, disse Rebecca Larson da Universidade do Texas em Austin, que liderou esta descoberta. “Há tantas linhas espectrais para analisar!”
A equipa não só conseguiu identificar quais as emissões no espectro que provêm do buraco negro e quais as que provêm da galáxia que o abriga, como também conseguiu identificar a quantidade de gás que o buraco negro está a ingerir e determinar o ritmo de formação estelar da galáxia.
A equipa descobriu que esta galáxia está a ingerir tanto gás quanto possível ao mesmo tempo que produz novas estrelas. A equipa debruçou-se sobre as imagens para explorar o porquê. Visualmente, CEERS 1019 aparece como três aglomerados brilhantes e não como um único disco circular.
“Não estamos habituados a ver tanta estrutura em imagens a estas distâncias”, disse Jeyhan Kartaltepe, membro da equipa do CEERS, do Instituto de Tecnologia de Rochester, em Nova Iorque.
“Uma fusão de galáxias pode ser parcialmente responsável por alimentar a actividade do buraco negro desta galáxia, o que também pode levar a um aumento da formação estelar.”
Mais buracos negros e galáxias extremamente distantes entram em cena
O levantamento CEERS é extenso e há muito mais para explorar. O membro da equipa Dale Kocevski, do Colby College em Waterville, no estado norte-americano de Maine, e a equipa rapidamente detectaram outro par de pequenos buracos negros nos dados. O primeiro, na galáxia CEERS 2782, foi o mais fácil de identificar.
Não há qualquer poeira a obscurecer a sua visão pelo Webb, pelo que os investigadores puderam determinar imediatamente quando é que o seu buraco negro existiu na história do Universo – apenas 1,1 mil milhões de anos após o Big Bang. O segundo buraco negro, na galáxia CEERS 746, existiu um pouco antes, mil milhões de anos após o Big Bang.
O seu brilhante disco de acreção, um anel constituído por gás e poeira que rodeia o seu buraco negro super-massivo, ainda está parcialmente coberto de poeira.
“O buraco negro central é visível, mas a presença de poeira sugere que pode estar dentro de uma galáxia que também está a formar estrelas furiosamente”, explicou Kocevski.
Infográfico que contém imagens de duas das galáxias mais antigas com buracos negros super-massivos activos, CEERS 2782 e CEERS 746, vistas apenas 1,1 mil milhões de anos e mil milhões de anos após o Big Bang, respectivamente. À direita das duas imagens estão os espectros dos objectos, obtidos pelo instrumento NIRSpec do JWST. A secção superior do infográfico mostra a posição das duas galáxias no panorama obtido pelo levantamento CEERS. Crédito: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI); ciência – Steve Finkelstein (UT Austin), Dale Kocevski (Colby College), Pablo Arrabal Haro (NOIRLab da NSF)
Tal como o do CEERS 1019, estes dois buracos negros são também “pesos leves” – pelo menos quando comparados com os buracos negros super-massivos anteriormente conhecidos a estas distâncias. Têm apenas cerca de 10 milhões de vezes a massa do Sol.
“Os investigadores há muito que sabem que devem existir buracos negros de menor massa no Universo primitivo. O Webb é o primeiro observatório que os consegue captar tão claramente”, acrescentou Kocevski.
“Nós agora pensamos que os buracos negros de menor massa podem estar por todo o lado, à espera de serem descobertos.” Antes do Webb, os três buracos negros eram demasiado ténues para serem detectados.
“Com outros telescópios, estes alvos parecem galáxias normais com formação estelar e não buracos negros super-massivos activos”, acrescentou Finkelstein.
Os espectros sensíveis do Webb também permitiram a estes investigadores medir com precisão as distâncias e, por conseguinte, as idades das galáxias no início do Universo.
Os membros da equipa Pablo Arrabal Haro do NOIRLab da NSF e Seiji Fujimoto da Universidade do Texas em Austin identificaram 11 galáxias que existiam 470 a 675 milhões de anos após o Big Bang
Para além de estarem extremamente distantes, o facto de terem sido detectadas tantas galáxias brilhantes é notável. Os investigadores teorizaram que o Webb detectaria menos galáxias do que as que estão a ser encontradas a estas distâncias.
“Estou impressionado com a quantidade de espectros altamente detalhados de galáxias remotas que o Webb transmitiu”, disse Arrabal Haro. “Estes dados são absolutamente incríveis”.
Este gráfico mostra as detecções dos buracos negros super-massivos activos mais distantes actualmente conhecidos no Universo. Foram identificados por uma série de telescópios, tanto no espaço como no solo. Três foram recentemente identificados pelo levantamento CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science) do Telescópio Espacial James Webb. Crédito: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI)
Estas galáxias estão a formar estrelas rapidamente, mas ainda não são tão enriquecidas quimicamente como as galáxias que estão muito mais perto de casa. “O Webb foi o primeiro a detectar algumas destas galáxias”, explicou Fujimoto.
“Este conjunto, juntamente com outras galáxias distantes que poderemos identificar no futuro, poderá mudar a nossa compreensão da formação estelar e da evolução das galáxias ao longo da história cósmica”, acrescentou.
Estas são apenas as primeiras descobertas inovadoras do levantamento CEERS. “Até agora, a investigação sobre objectos no início do Universo era em grande parte teórica”, disse Finkelstein.
“Com o Webb, não só podemos ver buracos negros e galáxias a distâncias extremas, como podemos agora começar a medi-los com precisão. É esse o enorme poder deste telescópio”.
No futuro, é possível que os dados do Webb possam também ser usados para explicar como se formaram os primeiros buracos negros, revendo os modelos dos investigadores de como os buracos negros cresceram e evoluíram nas primeiras centenas de milhões de anos da história do Universo.
As galáxias não estão espalhadas aleatoriamente pelo Universo. Elas juntam-se não só em enxames, mas em vastas estruturas filamentares interligadas, com gigantescos vazios estéreis pelo meio.
Esta “teia cósmica” começou por ser ténue e foi-se tornando mais distinta ao longo do tempo, à medida que a gravidade ia juntando a matéria.
Este campo profundo de galáxias obtido pelo instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb mostra um arranjo de 10 galáxias distantes marcadas por oito círculos brancos numa linha diagonal, semelhante a um fio. (Dois dos círculos contêm mais do que uma galáxia.) Este filamento com 3 milhões de anos-luz de comprimento é ancorado por um quasar muito distante e luminoso – uma galáxia com um buraco negro super-massivo e activo no seu núcleo. O quasar, chamado J0305-3150, aparece no meio do enxame de três círculos no lado direito da imagem. O seu brilho ofusca a galáxia que o acolhe. As 10 galáxias assinaladas existiam apenas 830 milhões de anos após o Big Bang. A equipa pensa que o filamento acabará por evoluir para um enorme enxame de galáxias. Crédito: NASA, ESA, CSA, Feige Wang (Universidade do Arizona) e Joseph DePasquale (STSCI)
Os astrónomos que utilizam o Telescópio Espacial James Webb da NASA descobriram um arranjo filamentoso de 10 galáxias que existia apenas 830 milhões de anos após o Big Bang.
A estrutura com 3 milhões de anos-luz de comprimento é ancorada por um quasar luminoso – uma galáxia com um buraco negro activo e super-massivo no seu núcleo.
A equipa pensa que o filamento acabará por evoluir para um enxame massivo de galáxias, muito semelhante ao conhecido Enxame de Coma no Universo próximo.
“Fiquei surpreendido com o comprimento e com a fina espessura deste filamento”, disse o membro da equipa Xiaohui Fan da Universidade do Arizona em Tucson. “Estava à espera de encontrar alguma coisa, mas não esperava uma estrutura tão longa e tão fina”.
“Esta é uma das primeiras estruturas filamentares que alguma vez se encontrou associada a um quasar distante”, acrescentou Feige Wang da Universidade do Arizona em Tucson, o investigador principal deste programa.
Esta descoberta faz parte do projecto ASPIRE (A SPectroscopic survey of biased halos In the Reionization Era), cujo principal objectivo é estudar os ambientes cósmicos dos primeiros buracos negros.
No total, o programa vai observar 25 quasares que existiram nos primeiros mil milhões de anos após o Big Bang, uma época conhecida como a Época da Reionização.
“As últimas duas décadas de investigação em cosmologia deram-nos uma compreensão robusta de como a teia cósmica se forma e evolui.
O ASPIRE pretende compreender como incorporar o aparecimento dos primeiros buracos negros massivos na nossa história actual da formação da estrutura cósmica”, explicou Joseph Hennawi, membro da equipa, da Universidade da Califórnia, em Santa Barbara.
Monstros em crescimento
Outra parte do estudo investiga as propriedades de oito quasares no Universo jovem.
A equipa confirmou que os seus buracos negros centrais, que existiram menos de mil milhões de anos após o Big Bang, têm uma massa que varia entre 600 milhões e 2 mil milhões de vezes a massa do nosso Sol.
Os astrónomos continuam a procurar evidências que expliquem como é que estes buracos negros podem crescer tão rapidamente.
“Para formar estes buracos negros super-massivos em tão pouco tempo, é necessário satisfazer dois critérios. Em primeiro lugar, é necessário começar a crescer a partir de um buraco negro ‘semente’ massivo.
Em segundo lugar, mesmo que esta semente comece com uma massa equivalente a mil sóis, ainda precisa de acrescentar um milhão de vezes mais matéria ao ritmo máximo possível durante toda a sua vida”, explicou Wang.
“Estas observações sem precedentes estão a fornecer pistas importantes sobre a forma como os buracos negros são formados.
Aprendemos que estes buracos negros estão situados em galáxias jovens e massivas que fornecem o reservatório de combustível para o seu crescimento,” disse Jinyi Yang da Universidade do Arizona, que está a liderar o estudo dos buracos negros com o ASPIRE.
O Webb também forneceu as melhores evidências até à data de como os primeiros buracos negros super-massivos regulam, potencialmente, a formação de estrelas nas suas galáxias.
Enquanto os buracos negros super-massivos acretam matéria, podem também gerar enormes fluxos de material. Estes ventos podem estender-se muito para além do próprio buraco negro, a uma escala galáctica, e podem ter um impacto significativo na formação estelar.
“Os ventos fortes dos buracos negros podem suprimir a formação de estrelas na galáxia hospedeira. Tais ventos têm sido observados no Universo próximo, mas nunca foram observados directamente na Época da Reionização”, disse Yang.
“A escala do vento está relacionada com a estrutura do quasar. Nas observações do Webb, estamos a ver que esses ventos existiam no Universo primitivo”.
Estes resultados foram publicados dia 29 de Junho em dois artigos da revista The Astrophysical Journal Letters.
Astrónomos conseguiram alcançar uma proeza monumental: detectaram ondas gravitacionais de baixa frequência utilizando uma antena de pulsares de milissegundos dentro da Via Láctea.
Aurore Simonnet / NANOGrav Collaboration Conceito artístico de dois buracos negros supermassivos a gerar ondas gravitacionais através de uma rede de pulsares
Após quase uma década de esforços, os cientistas ouviram finalmente o zumbido das ondas gravitacionais que ressoam por todo o Universo.
Esta importante descoberta marca a primeira detecção de sempre de ondas gravitacionais de fundo, um eco subtil mas persistente de ondas gravitacionais que se crê terem sido desencadeadas por eventos cósmicos que ocorreram pouco depois do Big Bang, bem como pela fusão de buracos negros super-massivos espalhados pelo cosmos.
Embora a existência deste fundo tenha sido anteriormente teorizada pelos físicos, a natureza dos sinais de ondas gravitacionais que o compõem, vibrando a escalas de tempo de décadas e emanando com fraca intensidade, tornou a sua detecção uma tarefa árdua.
Agora, através de observações de longo prazo, a presença destas ondas gravitacionais foi inequivocamente confirmada, escreve o Space.com.
Embora a causa exacta deste zumbido permaneça desconhecida, o sinal detectado constitui uma “prova irrefutável” que se alinha com as previsões teóricas de ondas gravitacionais provenientes de numerosos pares dos “buracos negros mais massivos de todo o Universo”, alguns pesando milhares de milhões de vezes mais do que o nosso Sol.
Esta revelação foi partilhada por Stephen Taylor, astrofísico de ondas gravitacionais da Universidade de Vanderbilt e um dos principais investigadores envolvidos no estudo.
Foram publicados quatro diferentes estudos sobre esta questão na revista The Astrophysical Journal Letters:
Anteriormente, tinham sido revelados indícios do mesmo sinal numa série de artigos publicados por cientistas da China, Índia, Europa e Austrália.
Estes cientistas defendiam que os sinais podem ter origem na fusão de buracos negros super-massivos envolvidos em danças cósmicas, entrando gradualmente em espiral em direcção um ao outro ao longo de milhões de anos.
Durante este ballet, emitem energia sob a forma de ondas gravitacionais que reverberam por todo o tecido do Universo.
Os investigadores sublinham que o zumbido de fundo observado das ondas gravitacionais tem aumentado de importância ao longo do tempo, fornecendo provas tentadoras de que podem existir centenas de milhares, ou mesmo milhões, de buracos negros super-massivos prontos a fundir-se nas próximas centenas de milhares de anos.
Para detectar o fundo de ondas gravitacionais, os astrónomos concentraram a sua atenção nos pulsares de milissegundos, restos de estrelas mortas que giram rapidamente até 700 vezes por segundo com uma regularidade notável, emitindo feixes de luz a partir dos seus pólos magnéticos.
Estes feixes, quando observados da Terra, aparecem como “pulsos”.
