Buracos negros podem ganhar massa com expansão do próprio Universo, diz estudo

Nos últimos seis anos, observatórios de ondas gravitacionais têm detectado fusões de buracos negros, comprovando a previsão da teoria da relatividade geral de Albert Einstein. Além disso, a relatividade geral é a base dos atuais modelos cosmológicos de um Universo sempre em expansão.

Desde a primeira observação da fusão de buracos negros em 2015, os astrofísicos têm sido surpreendidos por suas grandes massas. Eles inicialmente esperavam que os buracos negros teriam massas inferiores a cerca de 40 vezes a do Sol, escreve SciTechDaily.

No entanto, observatórios LIGO e Virgo detectaram muitos buracos negros com massas superiores a 50 massas solares, até mesmo alguns com cerca de 100 massas solares.

Novo estudo publicado no Astrophysical Journal Letters é o primeiro a mostrar que massas de buracos negros grandes e pequenas podem resultar de um único caminho em que os buracos negros ganham massa com a expansão do próprio Universo.

Astrônomos costumam modelar buracos negros dentro de um Universo não-expansível. "É uma suposição que simplifica as equações de Albert Einstein porque um Universo que não expande tem muito menos [fenômenos] para monitorar", disse o professor Kevin Croker, astrônomo do Departamento de Física e Astronomia da Universidade do Havaí em Manoa.

Porque os eventos individuais detectáveis pelos LIGO e Virgo duram apenas alguns segundos, ao analisar qualquer evento isolado, essa simplificação é sensata. Mas as fusões podem potencialmente demorar bilhões de anos. Durante o tempo entre a formação de um par de buracos negros e sua fusão posterior, o Universo cresce profundamente.

Depois que o buraco negro supermassivo destruiu a estrela, cerca de metade dos restos da estrela foi atirada de volta para o espaço, enquanto o restante formou um disco de acreção brilhante ao redor do buraco negro

© Foto / DESY / Laboratório de Ciências da Comunicação

Se os aspetos mais sutis da teoria de Einstein forem cuidadosamente ponderados, então surge uma possibilidade espantosa: as massas de buracos negros poderiam crescer em sintonia com o Universo, um fenômeno que o professor Croker e colegas chamam de "acoplamento cosmológico".

O exemplo mais conhecido de material cosmologicamente acoplado é a própria luz, que perde energia à medida que o Universo cresce. "Pensamos em considerar o efeito oposto", disse Duncan Farrah, pesquisador e coautor do estudo. "O que os observatórios LIGO e Virgo observariam se os buracos negros fossem cosmologicamente acoplados e ganhassem energia sem a necessidade de consumir outras estrelas ou gás?"

Para pesquisar essa hipótese, os cientistas simularam o nascimento, a vida e a morte de milhões de pares de grandes estrelas. Quaisquer pares onde ambas as estrelas morreram para formar buracos negros foram então vinculados ao tamanho do Universo, a partir do tempo da morte das estrelas.

Enquanto o Universo continuava crescendo, as massas destes buracos negros cresciam à medida que eles rodavam em direção um ao outro. O resultado demonstrou não só que os buracos negros se tornavam mais maciços quando fundiam, mas também registrou o surgimento de muitas mais fusões.