Uma nova simulação cosmológica sugere que aglomerados estelares densos no universo primordial poderiam ter formado sementes para buracos negros supermassivos por meio de fusões descontroladas. Este trabalho aborda como esses objetos massivos cresceram rapidamente após o nascimento do universo e pode explicar os misteriosos 'pontinhos vermelhos' observados pelo Telescópio Espacial James Webb. Liderado por Fred Garcia na Universidade de Columbia, o estudo recria os primeiros 700 milhões de anos da história cósmica.
Buracos negros supermassivos residem nos núcleos de quase todas as 2 trilhões de galáxias no universo. Esses monstros se formaram logo após o nascimento do universo e cresceram para milhões ou bilhões de vezes a massa do sol em menos de um bilhão de anos, intrigando os astrônomos.
O mistério se aprofundou em 2022, quando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) detectou 'pontinhos vermelhos' em imagens do universo distante. Estes aparecem por volta de 600 milhões de anos após o nascimento do universo e desapareceram no bilhão de anos seguinte, com muitos cientistas agora os vendo como buracos negros supermassivos em crescimento que surgem mais cedo do que o esperado.
Fred Garcia, estudante de pós-graduação na Universidade de Columbia, liderou um estudo publicado no The Open Journal of Astrophysics (DOI: 10.33232/001c.145064). Ele apoia a ideia de que aglomerados estelares densos formaram sementes de buracos negros de massa intermediária. 'Atualmente, há três ideias principais sobre como se formam as sementes de buracos negros supermassivos: colapso direto de nuvens de gás, remanescentes das primeiras estrelas e aglomerados estelares densos', disse Garcia. 'Nosso trabalho realmente apoia o último caso.'
A simulação se concentrou na formação de uma galáxia anã nos primeiros 700 milhões de anos, revelando dois surtos de formação estelar em nuvens de gás frio dentro de um halo de matéria escura. Os aglomerados migraram para o centro, fundindo-se em um aglomerado estelar nuclear que brilha como um milhão de sóis. Algumas nuvens converteram até 80 por cento do gás em estrelas, superando em muito os 2 por cento nas galáxias modernas.
Estrelas no aglomerado denso explodiram, deixando buracos negros que afundaram no núcleo e se fundiram repetidamente. 'Todos os buracos negros de massa estelar que migram para o centro... eventualmente formam seu próprio aglomerado incrivelmente denso e ligado gravitacionalmente', disse Matías Liempi Gonzalez da Universidade Sapienza de Roma, que não esteve envolvido. Esse processo descontrolado poderia criar embriões de buracos negros supermassivos.
Priyamvada Natarajan da Universidade de Yale, também não envolvida, observou que os achados se alinham com seu trabalho teórico de 2014 sobre o crescimento de buracos negros em tais aglomerados. A simulação pode explicar as observações do JWST de aglomerados estelares em 460 e 600 milhões de anos após o Big Bang, com observações futuras do JWST e da missão LISA potencialmente confirmando a ligação.