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. – Se considerarmos 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 também 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… – dessa forma, tal mecanismo dispersava a luz…assim como uma neblina.

Da ‘recombinação’ à Radiação Cósmica de Fundo                                                          “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… completamente… impenetrável”.

giphy.gifComo explica o astrofísico Jean-Loup Puget da ‘ESA’ (Agência Espacial Europeia), cerca de 380 mil anos após o Big Bang… ao longo da expansão…a matéria esfriou…tornando-se menos densa, o suficiente, para poder se estruturar na forma de átomos…prótons…e neutrons, dentro de um núcleo, permitindo assim, que elétrons interagissem com esses núcleos atômicos, para formar átomos… na então denominada… era da ‘recombinação’.

Essa época foi quando o universo passou, de uma densa névoa de partículas, para um gás cristalino…de átomos eletricamente neutros.

Esse momento liberou o primeiro ‘flash de energia‘, criado pelo Big Bang, detetável hoje…pela imagem da “radiação cósmica de fundo em microonda” (CMB)…representando todas as estruturas atuais do universo observável. No entanto, logo após esse “instant karma“, as luzes voltaram a se apagar – pois ainda não havia estrelas, ou quaisquer outros objetos brilhantes formados até então… – Nesse tempo sombrio… mais conhecido como…a Idade das trevas cósmicas, que durou mais de 1/2 bilhão de anosfoi quando gases moleculares se condensaram e colapsaram, formando as primeiras estrelas, galáxias e buracos negros.

O fim da ‘idade das trevas’                                                                                                        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.

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Elétrons…carregados negativamente, equilibram a “carga elétrica positiva”, entorno ao núcleo de átomos neutros. Mas, a “radiação estelar” ioniza o gás entre as estrelas e galáxias, retirando elétrons dos átomos do gás…Assim, a ionização do Universo revela quando as 1ªs estrelas… começaram a brilhar.

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… Após a análise dos seus dados achou-se que entre 4 a 10 % da ‘radiação ionizante‘ produzida por suas estrelas quentes escapam, no espaço intergalático… Se este resultado é típico de outras galáxias anãs – em explosiva formação estelar (mesmo que na ‘era primordial‘),  então indica que tais objetos teriam contribuído – de modo extremo…na “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…De acordo com a pesquisa, os prováveis contribuintes da radiação ionizante no início do universo, são os quasares,    pela intensa radiação gerada com matéria caindo em seus ‘buracos negros‘, bem como na emissão de radiação em regiões de primitiva formação estelar. (texto basejan/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. [NASA]

“Estrelas primordiais” (março/2010)

As primeiras estrelas, com efeito, devem  ter sido enormes… – talvez 200, ou mais vezes massivas do que o Sol. Elas teriam se formado em aglomerados…a partir da contração de densas nuvens… quase que feitas só de hidrogênio (elemento básico 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 cerca de 10 milhões 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 num intermediário ‘buraco negro estelar‘…poço gravitacional tão denso que nada dele escapa (nem a luz), quando no horizonte de eventos.

BNs & Quasares no‘Universo 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 estariam 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 quenteque é comum de existir em quasares. Isso então sugere que o par de “BNs primordiais“…poderia ter sido criado tão cedo na história do cosmos…(menos de 1 bilhão de anos após o 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 primeiros buracos negros, antes da formação de elementos pesados”. (texto original)  

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) (Fonte)

Correlações empíricas                        Bulbos centrais, em muitas galáxias como a Via Láctea se relacionam diretamente às massas de seus “buracos negros” centrais.

As dimensões galáticas … parecem estar conectadas a hábitos alimentares de seu buraco negro central… A maior parte da massa desse buraco negro parece vir do consumo direto de gás, indicando assim, que um buraco negro supergigante, tem  necessidade de uma galáxia a seu redor, para crescer…Todavia…em meados dos anos 90…ninguém sabia, ao certo, quão predominante os ‘buracos negros’ eram.

Algumas teorias… e dados observacionais, com efeito, indicavam que fossem objetos físicos… — na prática… — “onipotentes“.

A  seguir, em 2000, os astrônomos encontraram sólidas evidências de que estes superBNs 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 a massa 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…E evidências continuam a se somar… – Em 2001, duas equipes independentes mostraram que muitas das pequenas galáxias sem protuberâncias, também não parecem conter buracos negros significativos…Nos últimos cerca de 6 meses, outros importantes estudos surgiram, fornecendo novas evidências, que confirmam estes  buracos negros supermassivos, como fazendo 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).

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

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.

Devido ao processo não ser totalmente eficiente… – há um                                  subproduto… uma enorme quantidade de energia – ondas                              de rádio, raios-X e luz visível, hiper-iluminando toda 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’… – “Apenas galáxias com componente central similar a um ‘bojo esférico’, parecem alojar 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, considerados como estágios na vida    de BNs supergigantes…abundavam  nosso Universo… quando este tinha menos que 10%…da sua idade atual.  Com massa superior a… 1 bilhão de sóis…compactados em regiões…até menores que o nosso ‘sistema solar’ — como é que… tão rapidamente…    eles conseguiram…crescer tanto?…

Meg Urry explica desta forma… — “Acreditamos que as galáxias e quasares são tão intimamente ligados, que 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 quasar adormece, o que então se observa é o que dizemos galáxia normal, com estrelas e gás girando em torno de um centro comum.”

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 galáxia NGC 6240 pelo Observatório Chandra, sobreposta a uma imagem ótica. A emissão de raios-X a partir dos 2 núcleos ativos da galáxia são vistas como fontes pontuais azuis brilhantes. [NASA]

Dois coraçõesna galáxia NGC 6240            As observações do telescópio Chandra, em      raios-X, mostram que a galáxia NGC 6240            é composta por 2 galáxias que começaram            a se unir… há cerca de 30 milhões de anos.

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”.

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… ao longo de sua existência. – Estudando quasares a ‘distâncias razoáveis’ (o que significa, não tão longe no passado), ele usualmente percebia sinais recentes de “fusões galáticas“…ou outras interações em larga escala, que serviam como ‘estopim‘… – Como ele assim 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 – pois alguns deles…aparentemente, já existiam por volta de 800 milhões de anos após o ‘Big Bang’Para saber mais sobre as primeiras estrelas e BNs primordiais o grupo analisou sinais        de raios-X pelo Observatório Chandra, e infravermelho usando o SpitzerOs raios-X      do Chandra provavelmente vieram de matéria que superaqueceu… enquanto escorria      para os buracos negros…Já os feixes de raios infravermelhos que o Spitzer detetou, fazem parte do “fundo cósmico em microondas“… — e de buracos negros primordiais.

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 raios X – 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, na época das estrelas primitivas”, explicou Alexander Kashlinsky, do Centro Goddard, da 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 nesse processo” … complementou 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

Ilustração da matéria caindo num buraco negro supermassivo, em discos concêntricos de acreção, criando jatos de matéria viajando quase à velocidade da luz. [NASA]

Buracos negros supermassivos, com milhões a bilhões de massas solares, existem no centro da maioria, senão, todas as galáxias. — Tais ‘monstros cósmicos’ já existiam desde cerca de 800 milhões de anos…pós Big Bang.

Porém, continua um mistério como puderam se desenvolver tanto… em tão pouco tempo…De acordo com a moderna teoria de ‘Buracos Negros’ existem dispositivos, denominados ‘discos de acreção‘…que limitam    e potencializam naturalmente, essa própria ‘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… Ademais, enquanto a matéria se choca dentro desses movimentos caóticos, ela se aquece, gerando radiação energética… que impulsiona        o gás e poeira para longe do buraco negro…conforme disse o astrofísico Tal Alexander:

“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”. 

Com efeito, 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 de um frio gás opaco.

Considerando 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 o faz se movimentar 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 num disco ao redor do buraco negro, com muito mais lentidão. O crescimento ‘supra-exponencial’ observado neste modelo… para 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 anospós Big Bang. E, desse modo…conclui o pesquisador:

“Esse resultado mostra um rumo teórico plausível – à formação de buracos negros supermassivos por fluxos frios de alta densidade detetados no universo primordial      logo após o ‘Big Bang’. Novas pesquisas definirão se tal crescimento vertiginoso 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 até,          em compactos ‘discos de acreção’ em torno de BNs supermassivos”. (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.

Além disso, se os buracos negros cresceram ao longo do tempo, mesmo assim, ainda não está claro se esta “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 inspecionar o universo em detalhes. As perspectivas são boas, especialmente ao longo do final desta década…O projeto ‘LISA’  (Laser Interferometer Space Antenna) irá… segundo a teoria da fusão de buracos negros, procurar por…”ondas gravitacionais“… – no intuito de confirmar que tais ‘colossais colisões‘ 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 um novo modo de provar que – as ‘primeiras fusões‘ não foram as grandes responsáveis pelo crescimento dos buracos negros supermassivos. Segundo ele, 2 parâmetros principais se destacam nesse 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’…Por    isso, pode parecer estranho reconsiderá-      los…”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… – contendo fatos muito controversos … parágrafos nebulosos… e capítulos iniciais em esboço; os buracos negros são mostrados como forças fundamentais no desenvolvimento, e formação 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. – Na verdade…um nem faz muito sentido, sem o outro.

Enfim, aguardando o JWST

O telescópio espacial Hubble pode ter estendido enormementea 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 2021.  Operando na ‘radiação infravermelha’,    o JWST será capaz de melhorar nossa ‘percepção cósmica’ de uma boa parte    da assim chamada idade das trevas.

O seu campo se estenderá ainda mais para trás no tempo – para além dos quasares – que agora estão sendo estudados. E, segundo Karl Gebhardt… astrônomo da Universidade do Texas… “Os objetos observados até agora, serão ao JWST…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 base’ – 2003)

outras fontes: ‘Misteriosa bolha de gás no universo primordial’ (abr/2009)  ‘Super black hole creates your own galaxy’ (nov/2009) ‘How Black Holes Gobble Dark Matter’ (2010)  ‘Quem surgiu 1º… Galáxias ou BNs?’ (mai/2011)  ‘Our Expanding Universe’ (June, 2017) *****************************(texto complementar)*********************************

As primeiras luzes do ‘esqueleto cósmico’  (Nov, 2009)                                                    “A matéria não está distribuída uniformemente no universo. Ao longo de 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 uma…‘teia cósmica‘…na qual, galáxias imersas em filamentos crescendo entre vazios, desenvolvem uma gigantesca estrutura.” (Masayuki Tanaka /ESO).

teia-cosmica

Embora acredite-se ser esta a 1ª imagem da teia cósmica, suas observações mostram a estrutura apenas à frente do quasar, não havendo, por enquanto, meios para demonstrar que ela se estende por todo o espaço. [A. Klypin/J. Primack/S. Cantalupo]

Astrônomos conseguiram mapear uma enorme estrutura filamentar, identificando os vários ‘grupos de galáxias’, ao redor do aglomerado principal. — Estes filamentos têm milhões de anos-luz…de extensão,    e constituem parte do…’esqueleto do Universo’…galáxias se reúnem em torno deles… — e, gigantescos aglomerados galáticos se formam em suas intersecções… – como se fossem “teias cosmológicas”… em que…descomunais “aranhas“…se acham posicionadas à espreita de mais matéria – para sua digestão.

Embora astrônomos…muitas vezes…tenham observado espessas estruturas filamentosas à distâncias relativamente próximas, uma prova sólida de sua existência…no universo mais distante…ainda 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)

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…de mais de 150 galáxias; obtendo assim a visão 3D da estrutura.

Nesse trabalho de observações espectroscópicas, foram utilizados… – o instrumental ‘VIMOS’, no telescópio da ‘ESO’; e o ‘FOCAS’…no ‘Telescópio Subaru’ (“Observatório Astronômico do Japão”).

Os astrônomos então…puderam realizar – um verdadeiro “estudo demográfico” da estrutura, identificando vários grupos de galáxias à volta    do ‘aglomerado principal‘…Eles conseguiram distinguir dezenas desses objetos, cada um 10 vezes (média) mais massivo que a ‘Via Láctea’.   

Ao estimarem 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 acabariam sendo absorvidos por ele…O filamento fica a cerca de 6,7 bilhões de anos-luz    de nós, e se alonga ao menos por 60 milhões de anos-luz. A estrutura, recém descoberta, provavelmente se estende para além do campo investigado… Futuras observações estão  planejadas, para se obter uma medida definitiva de seu tamanho. – E…concluiu Tanaka:

“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, quando o Universo tinha apenas 2/3 de sua idade atual”. (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. Estudos demonstram a influência de halos galáticos de material escura nessa fusão, e no 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… — O caso é que observações anteriores tinham encontrado uma relação entre a massa do…”buraco negro central”…e,    a massa total das estrelas em “galáxias elípticas”… – No entanto…estudos mais recentes sugerem uma forte correlação 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.
Esse post foi publicado em astronomia, cosmologia, física e marcado , . Guardar link permanente.

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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