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O lançamento do próximo supertelescópio da NASA, o Telescópio Espacial Nancy Grace de Roma (Roma), pode significar que não há mais lugar para os buracos negros violentos se esconderem.

Na verdade, estes canibais cósmicos podem nem sequer conseguir esconder-se de Roman ao “meio-dia cósmico”, um período na história do universo que ocorreu há cerca de 11 a 12 mil milhões de anos. Estudar esses eventos estelares sangrentos tão cedo na história do universo poderia ajudar a desvendar como os buracos negros supermassivos se tornaram tão grandes e tão rápidos.

As ocorrências de buracos negros destruindo estrelas são chamadas de eventos de maré (TDEs) e ocorrem quando a órbita de uma estrela malfadada é aproximada da atração gravitacional massiva de um buraco negro supermassivo. Isso simultaneamente comprime e comprime a estrela em um processo chamado “espaguetificação”, com a massa de plasma envolvendo o buraco negro e gradualmente alimentando-o.

Como os buracos negros supermassivos estão envoltos numa fronteira unidirecional de captura de luz chamada horizonte de eventos, a única maneira de estudá-los é quando estão consumindo ativamente a matéria circundante. Essa matéria gira em torno deles nos chamados discos de acreção.

No entanto, os buracos negros supermassivos mais leves não são alimentadores vorazes, o que os torna mais difíceis de estudar. Isto é, até que a estrela chegue muito perto e seja fragmentada em um TDE incrivelmente brilhante que pode ofuscar a luz combinada de cada estrela na galáxia hospedeira do buraco negro supermassivo. Os TDEs são mais comuns para buracos negros supermassivos com massas de cerca de 100.000 a 100 milhões de sóis, porque buracos negros supermassivos com massas superiores a mil milhões de massas solares tendem a engolir os seus petiscos estelares imediatamente.

Pesquisas anteriores sugeriram que os TDEs não teriam sido comuns no universo primitivo, porque os primeiros buracos negros supermassivos não teriam sequer massa 100.000 vezes a do Sol e, portanto, não teriam estrelas destruídas. No entanto, um novo estudo reestimou a frequência dos TDEs cerca de mil a dois mil milhões de anos após o Big Bang, revelando que podem ser mais comuns do que o estimado anteriormente. Especialmente em condições de aglomeração ao meio-dia cósmico.

Programado para lançamento em 30 de agosto de 2026, os cientistas esperam que a pesquisa de Roman no domínio do tempo de alta latitude, que revisitará repetidamente uma região do céu equivalente a 90 luas cheias, seja uma ferramenta poderosa na busca por TDEs no universo primitivo e seu estudo subsequente. Esta equipe estimou que Rubin descobrirá milhares a dezenas de milhares de TDEs a cada ano, com centenas datando do meio-dia cósmico.

“O Telescópio Espacial de Roma será transformador para a ciência transitória (transientes são eventos astronômicos que iluminam o céu e depois desaparecem)”, disse o líder da equipe de pesquisa, Mitchell Karmen, da Universidade Johns Hopkins, em um comunicado. “Graças à alta sensibilidade de Romano, podemos encontrar múltiplos eventos de marés a distâncias maiores e em tempos cósmicos mais antigos do que nunca.”

Isso significa que Roman está idealmente preparado para resolver um quebra-cabeça que se desenvolveu desde que seu antecessor, o Telescópio Espacial James Webb (JWST), começou a enviar dados de volta à Terra em julho de 2022.

Como os primeiros TDEs poderiam resolver o quebra-cabeça do crescimento do buraco negro

Buracos negros supermassivos com massas equivalentes a milhões ou mesmo bilhões de sóis são encontrados no coração de todas as grandes galáxias. Quando visto num universo relativamente local, isto não é tão problemático; eles tiveram muito tempo para crescer por meio do acasalamento e da alimentação.

No entanto, o JWST observou rotineiramente buracos negros supermassivos antes mesmo de o universo ter um bilhão de anos de idade. Isto é preocupante porque estes primeiros buracos negros deveriam ter passado pelo menos mil milhões de anos de fusão e alimentação voraz para atingirem o estatuto de supermassivos. Os cientistas têm duas teorias predominantes sobre como esse crescimento poderia ter acontecido.

A primeira sugere que os buracos negros supermassivos crescem a partir de “sementes leves”, começando com buracos negros apenas algumas centenas de vezes maiores que o Sol, que nascem da morte e do colapso de estrelas massivas.

Esses buracos negros podem pesar até centenas de vezes a massa do Sol. Esses buracos negros se fundiriam ao longo do tempo, bem como consumiriam o gás circundante a uma taxa incrível que permitiria um rápido crescimento. Para que esta teoria estivesse correta, toda galáxia jovem teria que ter um buraco negro supermassivo no seu centro.

Outra teoria sugere que os primeiros buracos negros supermassivos cresceram a partir de “sementes pesadas” formadas diretamente a partir do colapso de enormes nuvens de gás e poeira primordiais. Isto permitiria um crescimento rápido porque os buracos negros poderiam iniciar todo o processo de fusão e alimentação antes que as primeiras estrelas vivessem e morressem.

No entanto, se este fosse o caminho correto, o fato de os colapsos serem raros tornaria menos comuns os buracos negros massivos no coração das galáxias cósmicas do meio-dia.

Uma vez que os TDEs são comuns para buracos negros supermassivos menos massivos, contar a sua ocorrência ao meio-dia cósmico poderia fornecer uma indicação da massa do buraco negro durante essa época – a chave para distinguir entre sementes pesadas e leves.

“Os eventos de perturbação das marés ajudam-nos a investigar a população de buracos negros supermassivos leves, o que pode ajudar-nos a distinguir entre estes modelos,” disse Carmen.

“Apenas contando o número de TDEs em função do desvio para o vermelho (uma medida da distância cósmica), podemos impor restrições significativas à população de buracos negros com um milhão de massas solares. O romance será transformador na medida em que pode investigar eventos de perturbação de marés a distâncias maiores, para que possamos observar como a taxa de TDEs evolui ao longo do tempo,” disse o astrónomo Professor Gezar, membro da equipa de astronomia. Universidade de Maryland, disse ele. “Assim como o JWST transformou a nossa compreensão de galáxias distantes com alto desvio para o vermelho (muito distantes), Roman está preparado para transformar a nossa compreensão dos transientes com alto desvio para o vermelho.”

A pesquisa da equipe foi publicada em 14 de julho no The Astrophysical Journal.