Da semente galáctica aos gigantes cósmicos: a jornada de crescimento dos buracos negros supermassivos

São PauloCientistas estão começando a compreender como os buracos negros supermassivos se tornam tão gigantescos. Um grupo de astrônomos da Penn State analisou o crescimento desses buracos negros ao longo de 12 bilhões de anos. Para isso, utilizaram novas observações de raios-X e simulações computacionais.

Buracos negros supermassivos localizam-se nos centros das galáxias e possuem massas milhões a bilhões de vezes maiores que a do Sol. Este estudo investiga como esses buracos negros cresceram desde 1,8 bilhão de anos após o início do Universo até o presente, que se dá 13,8 bilhões de anos depois.

Descobertas Sobre o Crescimento de Buracos Negros:

• Buracos negros aumentam de tamanho ao acumular gás frio de suas galáxias hospedeiras.
• Outras formas de crescimento incluem fusões com outros buracos negros supermassivos durante colisões de galáxias.
• O crescimento impulsionado pela acreção pode ser monitorado utilizando dados de raios-X.
• As fusões têm uma contribuição significativa para o crescimento, especialmente nos últimos 5 bilhões de anos.

A equipe é composta por Fan Zou, um estudante de pós-graduação da Universidade Estadual da Pensilvânia e primeiro autor dos artigos, além de pesquisadores de várias instituições. Eles analisaram dados de:

• Observatório de Raios-X Chandra da NASA
• XMM-Newton da Agência Espacial Europeia
• Telescópio eROSITA do Instituto Max Planck

Eles analisaram o crescimento de buracos negros em mais de 1,3 milhão de galáxias, incluindo mais de 8.000 buracos negros de crescimento rápido. Esse vasto conjunto de amostras permitiu que eles tirassem conclusões sólidas.

Estudos mostram que galáxias maiores tendem a aumentar seus buracos negros mais rapidamente, absorvendo matéria. Esse padrão é consistente ao longo de todas as épocas do universo. Pesquisadores utilizaram simulações de supercomputadores do projeto IllustrisTNG para acompanhar esse crescimento através de fusões de galáxias.

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Seu método utiliza dados reais sobre como os buracos negros ganham massa e os combina com modelos computacionais de fusões de buracos negros. Essa abordagem proporciona a compreensão mais clara de como os buracos negros supermassivos crescem. A maior parte do crescimento vem da matéria que cai no buraco negro, mas as fusões também têm sido importantes, especialmente em épocas cósmicas recentes.

Pesquisas indicam que buracos negros gigantes cresceram mais rapidamente quando o Universo era mais jovem. A quantidade desses buracos negros praticamente parou de aumentar há 7 bilhões de anos.

Cientistas analisaram o buraco negro no centro da Via Láctea, que possui uma massa 4 milhões de vezes maior que a do nosso Sol. As descobertas indicam que esse buraco negro cresceu mais tarde na história do universo.

A equipe de pesquisa é composta por:

• Zhibo Yu, estudante de pós-graduação na Penn State
• Hyungsuk Tak, professor assistente na Penn State
• Elena Gallo, da Universidade de Michigan
• Bin Luo, da Universidade de Nanjing, China
• Qingling Ni, do Instituto Max Planck, Alemanha
• Yongquan Xue, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China
• Guang Yang, da Universidade de Groningen, Países Baixos

Esta pesquisa foi financiada pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA, pelo Centro de Raios-X Chandra e pela Penn State. Os resultados da simulação IllustrisTNG compartilhados com a comunidade científica também foram fundamentais para a realização deste trabalho.