Resposta curta: muito.

Os buracos negros são notoriamente difíceis de detectar, pois são tão negros quanto o espaço que os cerca. Só podemos localizá-los em circunstâncias especiais, como quando puxam o gás de uma estrela vizinha ou se fundem, liberando uma inundação de ondas gravitacionais.

Ilustração artística de um buraco negro supermassivo emitindo um jato de partículas energéticas. Crédito da imagem: NASA / JPL-Caltech

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Quantos buracos negros existem? Para responder à pergunta, os astrônomos precisam recorrer a cálculos teóricos para fazer estimativas. Em um estudo recente, os pesquisadores determinaram que existem potencialmente milhões de pequenos buracos negros ainda a serem detectados em nossa vizinhança cósmica. Isso significa que cerca de 1% de toda a matéria do universo está dentro de buracos negros.

Ingredientes do buraco negro

Para fazer um buraco negro, você precisa fazer estrelas, porque os buracos negros vêm da morte de estrelas. Portanto, para descobrir quantos buracos negros existem no universo, os pesquisadores por trás do estudo, que recentemente apareceu no jornal pré-impresso arXiv e foi aceito para publicação no The Astrophysical Journal, tiveram que dar alguns passos para trás.

O primeiro passo é modelar a evolução da galáxia ao longo de bilhões de anos de história cósmica. Afinal, as galáxias são os lares das estrelas, e sua evolução geral afeta quantas de cada tipo de estrela que aparecem dentro delas. Por exemplo, algumas galáxias podem formar continuamente novas estrelas ano após ano cósmico. Outras podem sofrer eventos de fusão que desencadeiam uma rodada de formação de estrelas incrivelmente alta, apenas para elas se extinguirem e não produzirem nada digno de nota nunca mais.

Os astrônomos fizeram observações conhecidas das estatísticas de galáxias ao longo do tempo cósmico, observando a tendência geral das taxas de fusão galáctica e dados demográficos. Outro fator chave é a chamada "metalicidade" de uma galáxia, que é uma medida da quantidade de outros elementos além de hidrogênio e hélio dentro de uma galáxia (os astrônomos chamam isso de "material"). Galáxias maiores terão mais gás, o que lhes permite formar mais estrelas. Porém, mais metais podem aumentar o resfriamento do gás, o que, por sua vez, ajuda as galáxias a produzirem novas estrelas com eficiência.

Receitas de buraco negro

Com esses blocos de construção, os astrônomos tinham um modelo da população estelar dentro das galáxias, informando quantas estrelas pequenas, médias e grandes aparecem no universo.

E então eles precisaram rastrear a evolução - e o mais importante, as mortes - dessas estrelas. Para fazer isso, eles recorreram a simulações, que conectam as propriedades de uma estrela em particular (sua massa e metalicidade) ao seu tempo de vida e eventual desaparecimento. Apenas uma fração das estrelas maiores produzem buracos negros, e essas simulações dizem aos astrônomos qual a porcentagem das estrelas de uma galáxia que se apagam a cada ano.

Em seguida, os astrônomos tiveram que rastrear a evolução dos sistemas binários, já que os buracos negros podem se alimentar de estrelas irmãs, tornando-se ingurgitados em seu gás no processo. Assim, um buraco negro formado em um sistema binário acabará sendo maior do que um buraco negro nascido sozinho.

À medida que os buracos negros envelhecem, eles continuam a se alimentar de qualquer gás circundante, que os astrônomos também estimaram. Por último, ocasionalmente os buracos negros se encontram na escuridão do espaço interestelar e se fundem. Portanto, para produzir um levantamento preciso, os astrônomos tiveram que estimar a taxa de fusão de buracos negros dentro de cada galáxia.

O grande censo do buraco negro

Juntando todas as peças, os astrônomos foram capazes de rastrear a população de buracos negros ao longo de bilhões de anos. Eles produziram o que é chamado de "função de massa", que é uma espécie de censo astronômico, relatando quantos buracos negros de cada tamanho existem em qualquer ponto do tempo.

Não surpreendentemente, os maiores buracos negros, chamados buracos negros supermassivos, são muito mais raros do que seus primos menores. Os pesquisadores descobriram que em cada megaparsec cúbico de espaço (onde um megaparsec é um milhão de parsecs, ou 3,26 milhões de anos-luz), nosso universo hospeda cerca de 50 milhões de massas solares equivalentes a buracos negros. Se cada buraco negro tem algumas vezes a massa do Sol, isso se traduz em cerca de 10 milhões de buracos negros individuais no mesmo volume.

Para colocar isso em perspectiva, a quantidade total de massa contida pelos buracos negros são cerca de 10% da massa contida nas estrelas. Portanto, para todas as estrelas que você vê no céu noturno, há muitos buracos negros espreitando entre eles.

Os buracos negros supermassivos, por outro lado, são extremamente raros, com cada galáxia geralmente hospedando apenas um desses monstros.

Ao todo, os buracos negros respondem por cerca de 1% de toda a matéria bariônica (como em, sem matéria escura) no cosmos hoje. A maior parte da matéria bariônica é encontrada em nebulosas soltas.

Mas, ainda assim, não é nada desprezível e significa que os buracos negros são assustadoramente comuns.

Paul M. Sutter é astrofísico da SUNY Stony Brook e do Flatiron Institute, apresentador de "Ask a Spaceman" e "Space Radio" e autor de "How to Die in Space". Sutter contribuiu com este artigo para Expert Voices: Op-Ed & Insights do Space.com.

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Referência:

SUTTER, Paul. How many black holes are there in the universe? Space, 16, nov. 2021. Disponível em: <https://www.space.com/how-many-black-holes-universe>. Acesso em: 16, nov. 2021.