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Novo estudo sugere que os buracos negros supermassivos se podem formar a partir de matéria escura

Um estudo recente, realizado por uma equipa internacional, propõe um inovador mecanismo de criação de buracos negros supermassivos a partir de matéria escura. Em vez do cenário tradicional de formação envolvendo matéria “normal”, a equipa descobriu que os buracos negros supermassivos se poderiam ter formado diretamente a partir de matéria escura em regiões de alta densidade no centro das galáxias. Este resultado tem implicações importantes em cosmologia, para o estudo do Universo inicial.

Ilustração de uma galáxia espiral incorporada numa distribuição mais vasta de matéria escura invisível, conhecida como halo de matéria escura (em azul). Estudos que observam a formação de halos de matéria escura sugeriram que cada halo poderá abrigar um núcleo muito denso de matéria escura, que pode imitar os efeitos de um buraco negro central, ou eventualmente entrar um colapso para formar um. Créditos: ESO/L. Calçada.

Uma das maiores questões atuais no estudo da evolução galáctica é exatamente como se formaram os buracos negros supermassivos. Foram observados buracos negros supermassivos que remontam a 800 milhões de anos após o Big Bang, mas como puderam crescer tão rapidamente é algo que ainda permanece inexplicável.

Os modelos de tradicionais de formação envolvem matéria bariónica normal – átomos e elementos que compõem estrelas, planetas e todos os objetos visíveis – a colapsar sob o efeito da gravidade para formar buracos negros, que crescem depois com o tempo. O novo trabalho, no entanto, investiga a potencial existência de núcleos galácticos estáveis feitos de matéria escura e rodeados por um halo de matéria escura diluída, descobrindo que os centros destas estruturas poderiam tornar-se de tal modo concentrados que entrariam também em colapso formando buracos negros supermassivos, uma vez atingido o limite crítico.

De acordo com o modelo, isto poderia ter acontecido muito mais rapidamente em relação a outros mecanismos de formação propostos tendo permitido que os buracos negros supermassivos no início do Universo se formassem antes das galáxias que habitam, ao contrário do que atualmente se pensa.

“Este novo cenário de formação pode oferecer uma explicação natural para o modo como os buracos negros supermassivos se formaram no início do Universo, sem a necessidade de ter havido formação prévia de estrelas ou considerar sementes de buracos negros com taxas de acreção pouco realistas,” disse Carlos R. Argüelles, investigador da Universidad Nacional de La Plata e do ICRANet, que liderou a investigação.

Outra consequência intrigante do novo modelo é que a massa crítica para o colapso de um buraco negro pode não ser alcançada em halos de matéria escura mais pequenos, por exemplo, os que rodeiam algumas galáxias anãs. Os autores sugerem que isto pode fazer com que as galáxias anãs mais pequenas tenham um núcleo central de matéria escura em vez do esperado buraco negro. Tal núcleo poderia, ainda assim, imitar as assinaturas gravitacionais de um buraco negro central convencional, e o halo externo de matéria escura poderia também explicar as curvas de rotação da galáxia observadas.

“Este modelo mostra como os halos de matéria escura podem abrigar densas concentrações nos seus centros, o que pode ser crucial para ajudar a perceber a formação de buracos negros supermassivos,” acrescentou Carlos Argüelles.

“Provamos, pela primeira vez, que estas distribuições núcleo-halo de matéria escura se podem de facto formar numa estrutura cosmológica e permanecer estáveis ao longo da vida do Universo.”

Os autores esperam que estudos futuros venham esclarecer a formação de buracos negros supermassivos nos primeiros dias do Universo, e a investigar se os centros de galáxias não ativas, como a Via Láctea, podem hospedar estes núcleos densos de matéria escura.

O estudo foi publicado na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte da notícia: RAS

Tradução: Teresa Direitinho

 

New study suggests supermassive black holes could form from dark matter

A new theoretical study has proposed a novel mechanism for the creation of supermassive black holes from dark matter. The international team find that rather than the conventional formation scenarios involving ‘normal’ matter, supermassive black holes could instead form directly from dark matter in high density regions in the centres of galaxies. The result has key implications for cosmology in the early Universe, and is published in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Artist’s impression of a spiral galaxy embedded in a larger distribution of invisible dark matter, known as a dark matter halo (coloured in blue). Studies looking at the formation of dark matter haloes have suggested that each halo could harbour a very dense nucleus of dark matter, which may potentially mimic the effects of a central black hole, or eventually collapse to form one. Credits: ESO/L. Calçada.

Exactly how supermassive black holes initially formed is one of the biggest problems in the study of galaxy evolution today. Supermassive black holes have been observed as early as 800 million years after the Big Bang, and how they could grow so quickly remains unexplained. […] Read the original article at RAS website.

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