O que buracos negros errantes podem revelar sobre a história das galáxias?

Buracos negros podem se formar a partir do colapso gravitacional de estrelas massivas, dando origem a objetos que podem crescer ao acumular matéria e se fundir com outros. Os buracos negros supermassivos encontrados no centro das galáxias provavelmente cresceram ao longo de bilhões de anos por esses processos.

Durante fusões galácticas, as interações gravitacionais podem deslocar um buraco negro do centro da galáxia e colocá-lo em uma outra trajetória. Esses objetos são chamados de buracos negros errantes e podem permanecer afastados do centro por bilhões de anos.

A população de buracos negros errantes pode, portanto, preservar informações sobre a história das galáxias e sobre a formação dos primeiros buracos negros. Segundo o estudo, considerar apenas os buracos negros localizados nos centros galácticos pode deixar de fora uma parcela importante desses objetos.

Buracos negros errantes

Buracos negros errantes são buracos negros que se encontram afastados do centro gravitacional de suas galáxias hospedeiras. Eles podem percorrer diferentes regiões da galáxia enquanto interagem gravitacionalmente com estrelas, gás e outros objetos.

Dependendo de sua massa e do ambiente ao redor, eles podem apresentar sinais indiretos de sua presença, como perturbações gravitacionais ou emissão associada à acreção de matéria. Estudar esses objetos permite entender a distribuição de buracos negros e sua interação com a estrutura das galáxias.

Formando buracos negros

Os primeiros buracos negros do Universo provavelmente surgiram a partir de sementes formadas durante as primeiras etapas da evolução cósmica. Uma possibilidade é que tenham se originado do colapso das primeiras estrelas, produzindo sementes leves que cresceram por acreção de matéria e fusões.

Outro tipo seria o colapso direto de gás primordial que poderia produzir sementes muito mais massivas em uma etapa anterior à formação das primeiras estrelas. Essa diferença nas condições iniciais pode ajudar a explicar como alguns buracos negros cresceram até atingir massas supermassivas em relativamente pouco tempo.

Nova análise

Para investigar a história dos buracos negros, os pesquisadores usaram a simulação cosmológica ASTRID, que acompanha a evolução da matéria escura, gás, estrelas e buracos negros. A análise considerou galáxias com massas estelares entre 10 milhões e 1 trilhão de massas solares, acompanhando sua evolução ao longo de 12,6 bilhões de anos.

Na simulação, os buracos negros não são fixados artificialmente nos centros galácticos, mas se movimentam de acordo com as forças gravitacionais do ambiente. A simulação reproduz o processo pelo qual esses objetos podem se deslocar e perder energia por interações gravitacionais.

Onde eles estão?

A simulação ASTRID indica que galáxias de baixa massa apresentam uma maior frequência de buracos negros errantes. A relação com a atividade estelar é outro indício: galáxias de baixa massa que pararam de formar estrelas tendem a abrigar mais buracos negros centralizados.

A identificação desses objetos exige combinar diferentes técnicas observacionais, já que buracos negros errantes podem ser difíceis de detectar diretamente. Observações em raios X, espectroscopia óptica e infravermelha e medições em rádio podem revelar sinais associados à acreção de matéria.