Iluminando as Trevas, em ‘Coevolução Galática’

“Nunca poderemos considerar o Universo – um simples gás homogêneo…em equilíbrio inerte… – se…a maior parte de suas características comuns são imensos sistemas auto-organizados de grande complexidade. Muito embora processos galáticos nem cheguem perto do nível de complexidade dos sistemas vivos – neles…diversos processos de retro-alimentação atuam, a várias escalas de tempo/espaço.” (L. Smolin, ‘A Vida do Cosmos’)

O melhor modelo que temos atualmente para explicar  a  evolução do universo  é  o  assim chamado ‘Big Bang’. Simplificando, este modelo pressupõe que o universo foi criado cerca de  13,8 bilhões de anos atrás,  como resultado de uma rápida expansão do espaço.

Considerando que o vasto universo que conhecemos hoje era, em seu início, muito menor, apesar de conter a mesma quantidade de matéria/energia que possui hoje, evidentemente, era muito mais denso e quente, com temperaturas da ordem de bilhões de graus.

Durante os 3 primeiros minutos dessa expansão…os elementos leves (Hidrogênio, Hélio, e Lítio)  foram criados através de um processo conhecido como ‘nucleossíntese’ do Big Bang. Quando a temperatura esfriou… de 10e³² ºK para 10e9 ºK – prótons e neutrons colidiram para formar deutério, um isótopo do hidrogênio. A maior parte do deutério se combinou na criação do hélio… e quantidades reduzidas de lítio também foram geradas, a reboque.

Em  tais temperaturas, porém… o calor esmaga moléculas atômicas com força suficiente para dissolvê-las num denso plasma… uma espécie de ‘sopa primordial’ feita de prótons, neutrons e elétrons. Este plasma era tão denso…que qualquer radiação emitida por uma partícula, imediatamente desviava sua trajetória…sendo frequentemente absorvida pelo seu entorno, dispersando a luz, assim como uma neblina.

Da ‘recombinação’ à Radiação Cósmica de Fundo

Aproximadamente 380 mil anos após o Big Bang, ao longo da expansão, a matéria esfriou o suficiente, para permitir que elétrons se combinassem com núcleos atômicos, formando átomos, na chamada era da ‘recombinação’ – resultando num gás transparente de átomos eletricamente neutros. Esse momento liberou o primeiro flash de energia, criado pelo Big Bang, que hoje pode ser detetado pela ‘radiação cósmica de fundo em microonda’ (RCFM).

O astrofísico Jean-Loup Puget da ‘ESA‘ (Agência Espacial Europeia) explica que:

“Acima de 3000°C, matéria e radiação são totalmente indistinguíveis. – Neste ‘proto-Universo’ extremamente quente, matéria e radiação se tornaram — tão intimamente unidas… que tudo estava envolto…em uma névoa impenetrável.

Então, 380 mil anos após o processo de expansão se iniciar … a matéria esfriou, tornando-se menos ‘densa’ o suficiente para se estruturar na forma de átomos, prótons e neutrons dentro de um núcleo…e elétrons em torno deles mantendo tudo unido. Essa época foi quando o universo passou…de uma densa névoa de partículas… – para algo transparente, e enviou sua primeira imagem (RCFM)…que representa todas as estruturas que formam hoje, o universo observável”.

No entanto, após esse ‘instant karma’…as luzes se apagaram, porque não havia estrelas, ou quaisquer outros objetos brilhantes formados até então. Neste tempo sombrio, também conhecido como…a ‘idade das trevas cósmicas’… – que durou mais de meio bilhão de anos, condensados de gás molecular colapsam…até formar as primeiras estrelas, galáxias, e BNs.

O universo, então, começava a se iluminar definitivamente, através da produção de uma energética luz ultravioleta…ionizando a maior parte       do hidrogênio neutro – dando início, assim… à era da reionização.

Em átomos eletricamente neutros, elétrons circundantes, carregados negativamente equilibram a carga elétrica positiva no centro do núcleo. A ‘radiação estelar’, porém, ioniza o gás entre as estrelas e galáxias, tirando elétrons dos átomos do gás… Assim,         a ionização do Universo revela quando as primeiras estrelas começaram a brilhar.

O fim da ‘idade das trevas’ 

As causas do término do processo mais conhecido como… ‘idade das trevas’, ainda não são conhecidas, com certeza absoluta… – se pelo brilho das estrelas primordiais, galáxias, quasares…ou de todos juntos – mas… os dados de uma brilhante galáxia anã…’Haro 11‘, pela sonda‘Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer’ (“FUSE“) deram uma pista.

Analisados os seus dados para a ‘Haro 11‘ achou-se que entre 4 a 10 % da radiação ionizante produzida por suas estrelas quentes escapam para o espaço intergalático. Se este resultado é típico de outras galáxias anãs em explosiva formação estelar (mesmo que na ‘era primordial’)…isto indica que estes objetos poderiam ter dado uma substancial contribuição para a reionização.

O universo atual está (em grande parte) ionizado, e é consenso entre os astrônomos que esta reionização ocorreu entre 13,5 e 13 bilhões de anos atrás, após o 1º esfriamento    e a recombinação em átomos neutros, quando as primeiras estruturas em larga escala (galáxias e aglomerados de galáxias) começaram a se formar.

Segundo a pesquisa, os prováveis contribuintes da radiação ionizante, no início do Universo, são os quasares – pela intensa radiação gerada com matéria caindo em buracos negros, bem como na emissão de radiação em regiões de primitiva formação estelar. ‘The FUSE Project’ (jan/2006)

Artist's concept of the first stars in the Universe turning on. Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) data reveals that this era occurred 200 million years after the Big Bang, much earlier that many scientists had suspected. Credit: NASA/WMAP Science Team

Concepção artística das 1ªs estrelas no universo primordial. Dados do Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) revelam que esta era ocorreu 200.000 mil anos após o Big Bang, muito mais cedo do que muitos cientistas haviam suspeitado. [Crédito: WMAP Team – NASA]

As primeiras estrelas… — com efeito,  devem ter sido enormes…talvez 200, ou mais vezes massivas do que o Sol.

Elas teriam se formado em grupos…a partir da contração de densas nuvens, quase puras em hidrogênio (principal ingrediente da “fusão termonuclear“, motivo para o brilho de uma estrela).

Além disso, sabe-se que as estrelas massivas morrem jovens; sendo que … algumas sobrevivem somente por 10.000 mil anos.

Nessa hora, uma explosão colossal (supernova) ocorre, enviando elementos mais pesados, recém-criados, para o espaço…Uma quantidade de massa remanescente em contrapartida, pode entrar em ‘colapso’… — resultando em um intermediário… ‘buraco negro estelar‘.

Estes poços gravitacionais são tão densos — que nada deles escapa (nem a luz), quando dentro da esfera de influência chamada ‘horizonte de eventos’.

BNs & Quasares noUniverso primordial‘…                                                  ‘Permanece incerto, quão grande eram os buracos negros primordiais… Poderiam ser miniquasares contendo algumas dezenas de milhares de massas solares … a partir do colapso de enormes nuvens de gás e poeira; ou microquasares com algumas centenas       de ‘massas solares’… — gerados a partir do colapso de gigantescas estrelas massivas’.   

Recentemente, um par de buracos negros primordiais foi visto tão longe, que parecem ter cerca de 13 bilhões de anos-luz de distância da Terra. Considerando que o Big Bang tenha acontecido cerca de 13,8 bilhões de anos atrás… — os cientistas devem estar vendo, como eles eram menos de 1 bilhão de anos depois do início do universo.

O detalhe porém, é que para este par excêntrico, falta a poeira quente, que normalmente existe em quasares. Isso então sugere que podem ter sido criados tão cedo na história do universo (menos de 1 bilhão de anos pós Big Bang) que a poeira ainda nem existia… – E,    o astrônomo Xiaohui Fan, da Universidade do Arizona/EUA explicou melhor o assunto:

“O universo primordial não contém quaisquer moléculas que possam coagular para formar pó… Os elementos necessários para este processo foram produzidos – e mais tarde espalhados no universo…por estrelas.” 

Outro aspecto interessante desses 2 buracos negros é que eles possuem massas de cerca de 200 a 300 milhões de sóis…bem menos que os demais distantes quasares na amostra. Esta pista mostra a juventude desses quasares… como disse a astrofísica Marianne Vestergaard:

“Parece que encontramos o que são os prováveis quasares de 1ª geração, que nasceram em um meio livre de poeira, pouco depois do Big Bang. – É fantástico sermos espectadores desse processo…da formação dos 1ºs BNs, antes da formação de elementos pesados”…(texto original) (março/2010)

Correlação entre as massas do buracos negros centrais e dos bojos galácticos. Eixo X: massa do bojo central da galáxia. Eixo Y: massa do buraco negro supermassivo. Crédito: Tim Jones/UT-Austin after K. Cordes & S. Brown (STScI)

Correlação entre as massas do buracos negros centrais e dos bojos galácticos. Eixo X: massa do bojo central da galáxia. Eixo Y: massa do buraco negro supermassivo. Crédito: Tim Jones/UT-Austin after K. Cordes & S. Brown (STScI)

Correlações empíricas

As dimensões galáticas… parecem  estar conectadas a hábitos alimentares de seu buraco negro…  A maior parte da massa do buraco negro parece vir de consumo direto de gás, indicando que um buraco negro, precisa de uma galáxia em torno para crescer.

Bulbos centrais… em muitas galáxias, como a Via Láctea, estão diretamente relacionados…às massas dos buracos negros em seu interior.

Em meados dos anos 90, ninguém sabia ao certo, quão predominante os buracos negros eram… Algumas teorias, e dados observacionais – indicavam que fossem objetos físicos, na prática… onipotentes.

A  seguir, no ano 2000, astrônomos encontraram sólidas evidências de que buracos negros se escondem no fundo de muitas… e, provavelmente, todas galáxias que têm o bojo central clássico de estrelas. — Além do que… pesquisas mostraram uma correlação direta entre as massas do buraco negro central – a forma … e alcance do bojo – e… o tamanho da galáxia.

Em uma reunião da ‘AAS‘ em junho de 2000, John Kormendy, da Universidade do Texas, apresentou evidências do relacionamento das massas de 10 buracos negros supergigantes, com os bojos de suas galáxias de origem. – Este, juntamente com outros estudos da época, originários de outras equipes, serviram como ponto de partida para consolidação da ideia da coevolução, desenvolvendo-a em uma sólida estrutura quantitativa, conforme vários pesquisadores agora reconhecem.

Evidências continuam a se somar. – Em 2001, 2 equipes independentes mostraram que, muitas das pequenas galáxias que não têm protuberâncias, também não parecem conter buracos negros significativos. Nos últimos cerca de 6 meses, outros importantes estudos surgiram — fornecendo novas evidências que confirmam buracos negros supermassivos, como parte da estrutura, e evolução das galáxias.

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A ‘teoria Coevolucionista’

O quadro emergente dos BNs e galáxias ‘coevoluindo’…tem “revolucionado” toda a nossa precepção de ‘buracos negros’. Estes… há pouco tempo atrás, eram vistos no limite final da evolução (…estado último de repouso da matéria cósmica).

“Agora, acreditamos que buracos negros também desempenham papel fundamental no nascimento das galáxias” … disse Meg Urry…astrofísica da Universidade de Yale/EUA.

A ideia é particularmente útil para explicar como as proto-galáxias se desenvolveram no 1º bilhão de anos… – A ‘teoria Coevolucionista’ sustenta que galáxias e seus buracos negros centrais evoluíram juntos…cada um contando com o outro para o resultado final.   O buraco negro é alimentado pelo gás interestelar que – supõe-se… seja sugado, a partir   de um ‘disco de acreção’ circundante…Assim, a gravidade puxa o gás superaquecido das proximidades… — (aprisionado pelo BN)… — o acelerando até quase à velocidade da luz.

Pelo processo não ser totalmente eficiente… há um subproduto — uma enorme quantidade de energia… ondas de rádio, raios-X e luz normal,           que ‘hiper-iluminam’ toda a cena.

Demonstrações de coevolução começaram a surgir em meados dos anos 90… quando pesquisadores encontraram indícios de que a existência de um BN supergigante… no   centro de uma galáxia, se relacionava com sua forma; como explica Martin Haehnelt, pesquisador da Universidade de Cambridge.

‘Só galáxias com componente central semelhante a um bojo                   esférico parecem acomodar buracos negros supermassivos.’ 

A nossa Via Láctea, vista de lado, e de fora, daria um bom exemplo de um desses tipos. No entanto, a Via Láctea é uma galáxia de tamanho médio, e tem, portanto, um buraco negro, proporcionalmente, menos massivo – com cerca de 2,6 milhões de massas solares. Mas, é quase certo, segundo os astrônomos, que já passou por uma fase de quasar.

BNs Quasares -> Galáxias

Objetos muito compactos…e muito brilhantes – os chamados quasares eram abundantes…quando o nosso Universo, tinha menos do que 10%,     da idade atual.

Estágios de BNs, com massa superior a 1 bilhão de sóis, compactados numa região … talvez menor do que o nosso sistema solar… – Como, rapidamente, eles conseguiram crescer tanto?

Meg Urry explica desta forma… – “Acreditamos que as galáxias e quasares são tão intimamente ligados, que – de fato, os quasares são uma fase da evolução galática.           Em nosso quadro atual, todas galáxias, enquanto se formam…e colapsam, passam             por uma breve fase de quasar. Quando este entra em ‘estado de dormência’… o que         se observa então…é o que associamos a uma ‘galáxia normal’ — com estrelas e gás girando em torno de um centro gravitacional.”

Contudo nem todo grande buraco negro se torna um quasar. A honraria é reservada apenas àqueles BNs supermassivos, em crescimento…Como eles se alimentam da matéria girando no entorno… – a fricção e o calor, liberando grandes quantidades de radiação, faz com que eles se tornem alguns dos objetos mais brilhantes do universo.

Quanto à evolução dos BNs supergigantes  vistos no interior das grandes galáxias,       a maioria dos pesquisadores concorda que a maior parte deles não se forma através de fusões iniciais. Uma vez que determinada massa crítica é alcançada… talvez a partir de algumas centenas de massas solares o ‘buraco negro’ parece ganhar a maior parte de       sua massa, atraindo o gás de seu entorno… Quando a matéria atraída para dentro dele       é arremessa ao espaço, em poderosos jatos de luz… – eles então se tornam ‘quasares‘.

Portanto, para uma galáxia se tornar um quasar…deve conter um estoque suficiente     de massa em seu centro, pronta para ser sugada pelo seu buraco negro supermassivo. Nesse caso…  – a melhor maneira de se obter essa oferta concentrada de alimentos no centro galático…confirmada por estudos, é através da fusão entre 2 grandes galáxias, altamente gasosas. Como assim explica Ezequiel Treister da Universidade do Havaí:

“Fizemos um ‘modelo simples’…em que cada fusão galática gera um quasar, que é… inicialmente, obscurecido pelo gás e poeira ao redor – para ser…em seguida, desobscurecido pelo material circundante caindo no buraco negro. O ajuste é simplesmente notável…Isto indica que, praticamente, toda fusão galática relevante – propicia a formação de um quasar“… (texto original)

X-ray image of NGC 6240 taken with the Chandra X-Ray Observatory, superimposed on an optical image of the galaxy. The X-ray emission from the two active galactic nuclei can be seen as bright blue point sources. Credit: NASA.

Imagem de raios-X da NGC 6240 tomada do Observatório Chandra em Raios X, sobreposta a uma imagem óptica da galáxia. A emissão de raios-X a partir dos 2 núcleos ativos da galáxia podem ser vistas como fontes pontuais azuis brilhantes. [NASA]

Fusões galáticas duram milhões de anos, de modo que, seu ‘andamento’… não é fácil de ser observado. No entanto, recente observação em uma galáxia próxima forneceu evidências para este cenário. No coração da galáxia NGC 6240, astrônomos encontraram não 1, mas 2 buracos negros, distanciados um do outro, por cerca de 3.000 anos-luz e conectados em uma aparente trajetória de fusão.

As observações do telescópio Chandra, em raios-X…mostram que NGC 6240 é composta,   na verdade, por 2 galáxias…que começaram a união … há cerca de 30 milhões de anos atrás.

Richard Larson, astrônomo da universidade de Yale/EUA, estudando formação de estrelas em núcleos galáticos, verificou que estas podem passar por várias fases de tipo quasar, durante sua existência… – Ao estudar quasares a ‘distâncias razoáveis’ (o que significa, não tão longe no passado), usualmente, ele percebia sinais recentes de fusões galáticas, ou outras interações em larga escala, que serviam como estopim… — Como ele explica:

“Interações e fusões são excelente motivo para o despejo de uma grande quantidade de gás num centro galático. Então, a primeira coisa que, de repente, acontece a este gás… é formar um grande número de estrelas”.

A eclosão de uma intensa formação estelar, no modelo de um quasar padrão, parece durar cerca de 10 a 20 milhões anos… Uma parte do gás que entra na geração de estrelas, cai em direção ao buraco negro. Esta fase de intenso consumo é o que se observa facilmente, pois a energia liberada, transforma o gás lançado, numa nuvem superbrilhante… E ele conclui:

“Eventualmente, ‘baixa a poeira’, e as novas estrelas se tornam visíveis. Mais tarde, o próprio quasar se torna transparente – para, finalmente, entrar em estado de hibernação” (…o que acarreta na possibilidade, de     que os atuais ‘bulbos galáticos’ … sejam os quasares remanescentes).

Buracos negros devem ter sido comuns no universo primordial (junho/2013)Infant Universe With Seeds of Future Galaxies

Uma equipe internacional de astrônomos descobriu que os BNs contribuíram com, pelo menos 20% do fundo cósmico em microondas — a luz emitida entre 400 milhões e 800 milhões de anos após o Big Bang. Estes devem ter sido os grãos, que se tornaram, mais tarde, os supermassivos buracos negros, com milhões a bilhões de vezes a massa do Sol.

Ainda não se sabe, ao certo, de que maneira os BNs supermassivos foram criados… mas, supõe-se que eles adquiriram sua massa descomunal bem rapidamente.  –  Como vimos, alguns deles, aparentemente, já existiam por volta de 800 milhões de anos pós Big Bang.

Para saber mais sobre estrelas e BNs primordiais, o grupo analisou sinais de raios-X pelo Observatório Chandra, e infravermelho…usando o Spitzer.

Os raios-X do Chandra provavelmente vieram de matéria que se tornou superaquecida enquanto escorria para os buracos negros. Já os feixes de raios infravermelhos, que o Spitzer detetou – por outro lado…fazem parte do fundo cósmico em microondas‘… bem como de buracos negros primordiais… — durante longos de banquetes de gás e poeira.

Os pesquisadores focaram em uma região conhecida como ‘Extended Groth Strip’, uma fatia bem analisado de céu…pouco maior que a lua cheia – na constelação do Boiadeiro.     O grupo se concentrou em pontos com brilho intenso – tanto no infravermelho, quanto       em raiosX – pois, de acordo com os cientistas… – Buracos negros são as únicas fontes plausíveis — que podem produzir ambas as formas de luz…na intensidade observada’.

“Nossos resultados indicam que buracos negros são responsáveis por, pelo menos 20% do fundo cósmico em microondas — o que corresponde intensa atividade de buracos negros, se alimentando de gás – durante a época das estrelas primitivas” … explicou Alexander Kashlinsky — Goddard/NASA.

Esses objetos primordiais podem ajudar a explicar a origem dos BNs supermassivos — e também lançar luz sobre outro enigma dos primórdios do universo…uma fase conhecida como ‘reionização‘. – Durante esta época, posterior à idade das trevas‘… a partir de 400 milhões de anos pós Big Bang (ou pouco antes)a radiação ionizou o hidrogênio de carga neutra, inundando o universo com seus próprios constituintes…prótons e elétrons.

“Hoje em dia é geralmente aceito – embora não por unanimidade… que as estrelas eram responsáveis pela reionização. — Nossos resultados indicam que os buracos negros eram um significativo, e potencialmente dominante contribuinte para esse processo”  completou Kashlinsky.  (texto original) 

Como BNs supermassivos poderiam crescer tão rapidamente? (agosto/2014)   

This illustration depicts matter falling into a supermassive black hole, creating jets of material travelling almost at the speed of light. Credit: NASA/Goddard Space

Esta ilustração descreve matéria caindo num buraco negro supermassivo, em discos concêntricos de acreção, criando jatos de matéria viajando quase à velocidade da luz. [NASA / Goddard Space]

Buracos negros supermassivos, com milhões a bilhões de massas solares, existem no centro da maioria… – se não, todas as galáxias.

Tais ‘monstros cósmicos’ já existiam desde cerca de 800 milhões de anos após o Big Bang. – Porém, continua um mistério como puderam crescer tanto… – em tão pouco tempo.

De acordo com a moderna ‘teoria dos Buracos Negros’ existem dispositivos, denominados…’discos de acreção‘, que… — naturalmente … limitam sua velocidade de crescimento.

Estes discos de gás e poeira — girando em volta dos BNs — podem prevenir seu rápido desenvolvimento de 2 maneiras diferentes… – Primeiro… como a matéria em um disco     de acreção fica perto do BN, os engarrafamentos que ocorrem, diminuem a velocidade do fluxo do material em queda. Além disso, enquanto a matéria se choca dentro desses movimentos caóticos, ela se aquece, gerando radiação energética… que impulsiona     o gás e a poeira para longe do buraco negro… E o astrofísico Tal Alexander explicou: 

“Buracos negros não são sugadores de matéria, como uma bomba de vácuo…Uma estrela, ou fluxo de gás, pode estar em uma órbita estável ao redor deles, sem cair, exatamente como a Terra gira em torno do Sol. É portanto, realmente um grande desafio pensar em maneiras eficientes de conduzir gás para dentro do BN, a uma           taxa elevada, o suficiente… — que o induza a um crescimento supra-exponencial”. 

Contudo, Alexander e seu colega Priyamvada Natarajan podem ter encontrado uma maneira pela qual os BNs primordiais tenham crescido nestas proporções – em parte, operando sem as restrições de discos de acreção. – Esse trabalho partiu do modelo de buraco negro com 10 massas solares — incorporado num ‘aglomerado’ de milhares de estrelas. A ‘simulação’ alimentou o BN com denso fluxo contínuo, d’um frio gás opaco.

Sendo o universo primitivo muito menor do que é hoje, seu denso gás teria obscurecido uma quantidade substancial da ‘radiação energética’ emitida pela matéria, que cai no buraco negro…Além disso, a atração gravitacional das muitas estrelas em torno do buraco negro faz com que ele se movimente aleatoriamente, e este movimento errático impede a formação de um disco de acreção, que diminua a velocidade de drenagem.

Isto significa que a matéria cai no buraco negro… por todos os lados… em vez de ficar girando em um disco ao redor do buraco negro, com muito mais lentidão. O crescimento ‘supra-exponencial’ observado neste modelo…disseram os pesquisadores, sugere que um buraco negro de 10 massas solares poderia ter crescido mais de 1 bilhões de vezes, em apenas 1 bilhão de anos após o Big Bang… — E desse modo… conclui o pesquisador:

“Esse resultado mostra um caminho teórico plausível para a formação de buracos negros supermassivos, através de fluxos frios de alta densidade vistos no universo primordial…logo após o Big Bang. — Novas pesquisas poderão determinar se esse  crescimento ultra-rápido de BNs, também poderia ocorrer nos tempos atuais… Os     fluxos frios de alta densidade observados no ‘universo primitivo’, poderiam existir         nos dias de hoje…por curtos períodos… em densas e instáveis nuvens moleculares, geradoras de estrelas… – ou mesmo, em compactos ‘discos de acreção’… em torno           de supermassivos buracos negros”. (texto original)

Interpretações & perspectivas  “Buracos negros têm tido papel fundamental no controle da formação das galáxias…Hoje, não se pode compreender o Universo sem entender a função dos buracos negros gigantes”… (Jack Tueller — Goddard/NASA)

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No recém-descoberto tipo de NGA, o disco e o anel em torno do buraco negro estão tão obscurecidos pelo gás e poeira que nenhuma luz visível escapa, tornando-se muito difíceis de detetar. [Ilustração: Aurore Simonnet, Sonoma University/EUA]

Num piscar de olhos cósmicos…de apenas 1/2 bilhão de anos, ‘esferas invisíveis’ de matéria nasceram — sendo algumas… — com mais de 1 bilhão de massas solares, gerando aglomerados de estrelas … recém-nascidas — em constante rodopio.

Coevolução‘ porém, ainda é uma teoria incompleta…  —  Até mesmo  alguns de seus maiores defensores dizem…ainda existir outras teorias viáveis… ainda não refutáveis – ou colocando em destaque o gigante buraco negro…ou considerando a ‘galáxia hospedeira‘… a única autora — de sua própria formação.

Se os buracos negros cresceram ao longo do tempo, mesmo assim, ainda não está claro se a construção cooperativa reinou desde o seu início; ou se ela surgiu depois de alguma determinada quantidade crítica de massa agregada.

Para classificar os detalhes da ‘coevolução‘ – os astrônomos terão de observar mais do universo, e inspecioná-lo em detalhes. As perspectivas são boas, especialmente ao longo do final desta década. Um projeto chamado ‘LISA’ (Laser Interferometer Space Antenna) irá procurar por “ondas gravitacionais” – pela teoria da fusão de buracos negros…no  intuito de confirmar que tais ‘colisões colossais’ de fato ocorram. ‘Lançamento da sonda LISA Pathfinder’  (ESA – 07/12/2015).

Uma melhor compreensão da “matéria escura” também se faz necessária. – Para isso, vários telescópios deverão contribuir nesse esforço. E, ‘pari passu’ a mecânica específica dos “buracos negros” deve ser plenamente investigada. Por enquanto, os  físicos nem sabem – exatamente…como a matéria é empurrada para dentro… e, depois ‘consumida’.

Nesse sentido – Roger Blandford, teórico da Caltech, sugeriu uma nova maneira de provar que…as primeiras fusões não foram as grandes responsáveis pelo crescimento         dos BNs supermassivos. Segundo Blandford, 2 parâmetros principais se destacam         no contexto… — ‘Massa‘ é o mais óbvio… — O outro, mais sutil… é a rotação (‘spin‘).

Sim!…buracos negros parecem girar. A ideia teórica só se materializou com observações, relativamente consistentes em maio de 2001… mas ainda permanecem em debate. Assim, se a rotação puder ser provada como aspecto universal dos buracos negros — então, sua taxa de rotação pode ser usada, para inferir algo bem relevante da história de um BN

“Se, buracos negros crescem por fusão … — numa fusão de BNs,                       eles devem girar muito mais rapidamente”, concluiu Blandford.

NGC 4526 with SN 1994D @ bottom left

NGC 4562 (com uma supernova a bordo)

Mudando de paradigma

‘Buracos negros’ possuem má reputação. Acusados pela imprensa como ‘monstros gravitacionais’… – rotulados por muitos como ‘segredos de estado’ – e…por longo tempo, considerados meros terminais de evolução cósmica…esses ‘pseudo-objetos’ eram (mal) vistos… – como ‘misteriosos sumidouros de destruição e morte’.

Assim, pode parecer estranho reconsiderá-los como forças indispensáveis da criação. Entretanto, esta é a nova  –  e promissora imagem dos buracos negros … e seu lugar   na evolução cósmica. – Dezenas de especialistas, envolvidos em reescrever a insidiosa trajetória desses furtivos objetos… – hoje já os revelam como ‘escultores galáticos‘.

Nesta sumária revisão… —  que ainda contém fatos muito controversos… –  parágrafos nebulosos, e capítulos iniciais em esboço; os buracos negros são mostrados como forças fundamentais no desenvolvimento, e formato das galáxias — bem como na distribuição interna de suas estrelas…A nova história também mostra que um super buraco negro é quase certamente, produto da galáxia em que reside… – Aliás… ao que parece, um nem faz muito sentido sem o outro.

Enfim, aguardando o JWST

O telescópio espacial Hubble pode ter estendido ‘enormemente’ a nossa visão       do universo… — mas, a ‘próxima onda’       nas descobertas do “espaço profundo”, provavelmente terá que aguardar pelo lançamento do ‘telescópio espacial ‘James Web’…  —  previsto para 2018.

Operando na ‘radiação infravermelha’, ele será capaz de melhorar nossa visão cósmica de uma boa parte da chamada ‘idade das trevas’. O seu campo, simplesmente, se estenderá ainda mais para trás no tempo – para além dos quasares – que agora estão sendo estudados. – Conforme Karl Gebhardt… astrônomo da Universidade do Texas… “Os objetos observados, até agora, serão – para o JWST – essencialmente… como a ponta do iceberg.”

Não deixa de ser irônico pensar que quando o JWST subir … muitos astrônomos e cosmólogos estarão apostando suas fichas em buracos negros…para iluminar o caminho de uma compreensão científica da           era primordial do universo visível… – um tempo obscuro – há muito sonhado… e agora – finalmente… já quase visível…  (‘texto original’)

outras fontes: ## ‘Our Expanding Universe’ ## ‘Quem surgiu 1º… — Galáxias ou BNs?’  ‘Misteriosa bolha de gás no universo primordial’ ### ‘Galactic Collisions Leave Cosmic Skid Marks’#‘Super black hole creates your own galaxy’#‘Black Holes and Dark Matter’  **************************(texto complementar)**********************************

As primeiras luzes do ‘esqueleto cósmico’  (Nov, 2009)                         

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Essa desconhecida ‘fábrica de galáxias’, localizada há quase 7 bilhões de anos-luz de nós, foi descoberta pela combinação de 2 dos mais poderosos telescópios terrestres. Esta é a primeira observação de tal estrutura galática no Universo distante – fornecendo uma visão mais aprofundada da rede cósmica, e de como esta se formou.

Teias cósmicas

“A matéria não está distribuída  uniformemente  no universo.  —  Em nossa vizinhança cósmica, estrelas se formam nas galáxias, e estas se encontram, normalmente, em grupos e aglomerados. As teorias cosmológicas mais aceitas preveem também, que a matéria se aglutina – em larga escala, sob umateia cósmica– na qual galáxias… imersas em filamentos, crescendo  entre vazios, criam uma gigantesca estrutura.” (Masayuki Tanaka /ESO).

Astrônomos conseguiram mapear uma enorme estrutura filamentar, identificando vários grupos de galáxias que cercam o aglomerado principalEstes filamentos possuem milhões de anos-luz de comprimento, e constituem o ‘esqueleto do Universo’ – galáxias se reúnem em torno deles… – e, enormes aglomerados de galáxias se formam em suas intersecções… assim como aranhas gigantescas à espreita de mais matéria para digerir.

Cientistas estão tentando determinar como elas emergem para a existência. Embora astrônomos tenham – muitas vezes, observado espessas estruturas filamentosas à distâncias relativamente próximas, uma prova sólida de sua existência no universo mais distante, estava faltando – até agora.

As galáxias localizadas na estrutura recém-descoberta são mostrados em vermelho. Galáxias que estão ou na frente ou atrás da estrutura estão representadas em azul. (ESO / Subaru / Observatório Astronômico Nacional do Japão / M. Tanaka)

As galáxias localizadas na estrutura recém-descoberta são mostrados em vermelho. Galáxias que estão ou na frente ou atrás da estrutura estão representadas em azul. (ESO / Subaru / Observatório Astronômico Nacional do Japão / M. Tanaka)

As primeiras observações

Quando a equipe liderada por Tanaka descobriu, em imagens obtidas anteriormente… uma ampla estrutura ao redor de um remoto aglomerado de galáxias — eles utilizaram 2 grandes telescópios terrestres para estudar essa estrutura em maior detalhe, medindo distâncias à Terra de mais de 150 galáxias;  e  –  obtendo assim… uma visão tridimensional da estrutura.

As observações espectroscópicas foram realizadas com o instrumental ‘VIMOS’,                 no telescópio da ESO; e ‘FOCAS’  —  no Telescópio Subaru  —  do Observatório Astronômico Nacional do Japão.

Graças à estas e outras observações, os astrônomos foram capazes de determinar um verdadeiro estudo demográfico da estrutura, identificando vários grupos de galáxias à volta do aglomerado de galáxias principal. Eles puderam distinguir dezenas desses objetos – cada um, em média, 10 vezes mais massivo que a Via Láctea sendo alguns, até mil vezes mais massivos; enquanto estimavam a massa total do aglomerado em, ao menos 10 mil vezes a massa da nossa galáxia…Alguns dos filamentos sob a ação gravitacional do aglomerado, inevitavelmente acabarão sendo absorvidos por ele.

“Esta é a 1ª vez que observamos uma estrutura tão rica e proeminente no universo longínquo.  Podemos agora, passar da demografia à sociologia,     e estudar como as propriedades das galáxias dependem de seu ambiente, num momento em que o Universo tinha apenas  2/3  de sua idade atual”, concluiu Tanaka.

O filamento fica a cerca de 6,7 bilhões de anos-luz de nós, e se estende por, pelo menos 60 milhões de anos-luz. A estrutura recém descoberta, provavelmente se estende mais longe, para além do campo investigado. – Futuras observações já estão planejadas, a fim de se obter uma medida definitiva de seu tamanho. (texto original)        ********************************************************************************

Matéria escura organiza o crescimento do BN central (em galáxias elípticas) “Parece haver uma misteriosa relação entre a quantidade de matéria escura de uma galáxia, e o tamanho de seu buraco negro central… apesar da diferença de escalas.”

Twospiralgalaxies

Esse modelo computacional mostra 2 galáxias espirais — cada uma com um BN supermassivos em seu centro — antes de colidirem, para formar uma galáxia elíptica. Novos estudos demonstram que os halos galáticos de material escura influenciam essa fusão, e o crescimento resultante dos BNs supermassivos. (NASA/CXC/M.Weiss)

Cada galáxia massiva possui um buraco negro em seu centro, e quanto mais pesada for a galáxia, maior será o buraco negro… — Mas, por que os 2 estão relacionados?… Afinal, o buraco negro é milhões de vezes menor…e menos massivo do que sua galáxia de origem.

Um novo estudo comparativo de galáxias elípticas fornece novas pistas sobre a ligação entre uma galáxia e seu buraco negro – admitindo que a influência invisível de matéria escura interfere de alguma forma, no crescimento do buraco negro. Esta nova pesquisa   foi projetada para resolver uma controvérsia no assunto.

Observações anteriores tinham encontrado uma relação entre a massa do buraco negro central – e a massa total de estrelas em galáxias elípticas… – No entanto…estudos mais recentes sugerem uma correlação estreita entre a massas do buraco negro, e do halo    de matéria escura da galáxia.

Sabemos que a matéria escura existe, apenas a partir de seus efeitos gravitacionais…que mantém as galáxias e seus aglomerados unidos.            No universo…a matéria escura supera a normal por um fator de 6/1, estando todas as galáxias rodeadas por um halo de matéria escura.

Para investigar a ligação entre estes ‘halos de matéria escura’ e os BNs supermassivos, Akos Bogdan, do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica /EUA e seu colega Andy Goulding, da Universidade de Princeton, estudaram mais de 3 mil galáxias elípticas – usando ‘movimentos estelares’ como indicador, para pesar os buracos negros centrais galáticos — e medições de ‘raios-X’ do gás quente que rodeia as galáxias, para pesar o     halo de matéria escura…pois quanto mais matéria escura uma galáxia possui, mais       gás quente ela pode reter.

E foi encontrada uma relação bem definida…entre a massa do halo de matéria escura e a massa do buraco negro central; uma relação mais   forte do que aquela entre o ‘BN‘ … – e, somente as estrelas da galáxia.

“É provável que esta ligação se relacione à forma como ‘galáxias elípticas’ crescem. Uma galáxia elíptica é formada quando galáxias menores se fundem…pela mistura entre suas estrelas e a matéria escura. Como esta última prevalece em quantidade, molda a galáxia elíptica recém-formada…e orienta o crescimento do buraco negro central. Desse modo, o ato de fusão cria um modelo gravitacional — no qual a galáxia…as estrelas… e o BN irão seguir… — construindo-se uns aos outros” … concluiu Bogdan. (texto original…fev/2015)

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Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979... (s/ diploma)
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10 respostas para Iluminando as Trevas, em ‘Coevolução Galática’

  1. JMFC disse:

    É indubitável que os buracos negros supermassivos influenciam a evolução galáctica como estas são a sua fonte de alimentação. Daí haver uma interacção mútua. Daí ser lógico falar em coevolução.
    A questão é mais relevante quando se o prentede justificar (descobrir o início e o modo como começou). Daí as actuais divergências científicas.

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  2. Cesarious disse:

    Me parece que a inflação é uma conveniência, que não se explica (mas, sim, justifica). O seu próprio mecanismo ainda é controverso…uma inflação caótica se apoiaria na Teoria do Caos…http://www.space.com/9255-big-bang-moment-pure-chaos-study-finds.html; enquanto uma inflação mais ‘comportada’ (homogênea e isotrópica) poderia se basear em modelos termodinâmicos…http://universogenial.wordpress.com/2013/12/20/expansao-do-universo-pode-acontecer-de-forma-extremamente-simples/#more-5288

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  3. JMFC disse:

    Mas para o “nosso” Universo se formar era obrigatório haver uma anisotropia inicial na distribuição da energia.
    Uma inflação “bem comportada” , homogénia e isotrópica, baseda em princípios termodinâmicos estará mais longe da justificação, não acha? Agora se se admitir uma anisotropia moderada…
    Um fluido (líquido) para passar de um fluxo laminar a um fluxo turbulento pode-se fazê-lo aumentando o seu nível de energia…

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  4. Cesarious disse:

    Eu sou adepto da teoria de Poplawski, de que o universo se formou dentro de um buraco negro, com uma massa crítica, segundo ele, de 10³² massas solares…http://arxiv.org/abs/1110.5019
    Nessas condições, o caos e a temperatura ‘infernal’, ambos, se responsabilizariam pela expansão exponencial. Essa forma de pensar ajuda na racionalidade da origem, criando a possibilidade matemática de sua criação cosmológica.

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  5. JMFC disse:

    “For a typical stellar black hole, Mb is about 10e32 solar masses, which is 10e6 larger than the mass of our Universe. As the relativistic black-hole universe expands, its mass decreases until the universe becomes dominated by nonrelativistic heavy particles. ”
    O universo nasceu no interior de “típico” buraco negro “relativístico” estelar com a massa de 10e32 sóis, 10e6 mais elevada do que a massa do Universo?! . As the relativistic black-hole universe expands, its mass decreases until the universe becomes dominated by nonrelativistic heavy particles.
    Confuso mas interessante.

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  6. Cesarious disse:

    Realmente, eu interpreto esse excedente em termos de multiversos…rs
    Mas olha que interessante!…alguém calculou a massa do universo como 10e54kg; o que corresponde a 10e24 massas solares (se considerarmos a massa solar ~10e³ºkg).
    Nesse caso, os resultados, incrivelmente, se aproximam. E é bom salientar que esta outra massa foi calculada considerando a energia total do universo igual a zero (já que o universo veio do NADA!)
    http://massadouniverso.blogspot.com.br/

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  7. JMFC disse:

    1º- A hipótese de o Universo se ter formado dentro de um buraco negro com uma massa crítica de 10e32 massas solares é muito interessante e poderia responder a algumas questões, nomeadamente a sua aceleração na expansão poder justificar-se por se encontrar numa ponte de Rosen-Einstein.
    Por outro lado seria a confirmação da possibilidade da existência de Multiversos. Mas a questão essencial continuaria a colocar-se: e o princípio dos princípios?! O Nada, o vazio quântico? Seria esse multiverso elástico ou oscilante? Ou poderia vir a ser revertido ao Nada?
    Neste momento colocamos a questão do destino do “nosso” Universo, e de acordo com os dados mais credíveis, irá expandir-se para sempre, todavia se fizer parte de algo mais complexo, tudo pode cair por terra. E até onde chegaremos poder vir a conhecer esse “desconhecido” multiverso?! Em suma: qual o grau de fiabilidade do conhecimento científico que vamos aportando nesta matéria?
    Diria, o mesmo de sempre, um avanço céptico…
    2º- Muito interessante o cálculo, feito pelo seu compatriota, da massa do Universo. Quer-me parecer, todavia, que o cálculo do raio do Universo não levou em linha de conta a expansão, a aceleração da expansão em que se encontra. Por isso penso que o raio do mesmo devrá ser muito mais elevado, mais do dobro, o que se traduziria nos cálculos efectuados numa maior aproximação ao valor de Poplawski.

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  8. JMFC disse:

    Muito interessante, pedagógico e…as interrogações continuam à medida em que mais se avança no desvendar do nosso universo, neste caso particular da problemática dos buracos negros.
    Parabéns, sempre!

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