Com uma nova abordagem computacional, os pesquisadores do SISSA conseguiram fazer cálculos fascinantes.

Ilustração de um buraco negro. Crédito da imagem: Pixabay

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Além disso, de acordo com seu trabalho, cerca de 1% da matéria comum (bariônica) geral está trancada em buracos negros de massa estelar.

Quantos buracos negros existem no Universo? Esta é uma das questões mais relevantes e urgentes da astrofísica e cosmologia modernas. A intrigante questão foi recentemente abordada pelo SISSA Ph.D. aluno Alex Sicilia, orientado pelo Prof. Andrea Lapi e Dr. Lumen Boco, juntamente com outros colaboradores do SISSA e de outras instituições nacionais e internacionais. No primeiro artigo de uma série recém-publicada no The Astrophysical Journal, os autores investigaram a demografia dos buracos negros de massa estelar, que são buracos negros com massas entre algumas centenas de massas solares, que se originaram no final da vida de estrelas massivas.

“O caráter inovador deste trabalho está no acoplamento de um modelo detalhado de evolução estelar e binária com receitas avançadas para formação de estrelas e enriquecimento de metais em galáxias individuais. Este é um dos primeiros e um dos mais robustos cálculos ab initio da função de massa do buraco negro estelar ao longo da história cósmica” — Alex Sicilia, primeiro autor do estudo

De acordo com a nova pesquisa, uma quantidade notável de cerca de 1% da matéria comum (bariônica) geral do Universo está trancada em buracos negros de massa estelar. Surpreendentemente, os pesquisadores descobriram que o número de buracos negros dentro do Universo observável (uma esfera de diâmetro em torno de 90 bilhões de anos-luz) atualmente é de cerca de 40 bilhões de bilhões (ou seja, cerca de 40 x 10¹⁸ , ou seja, 4 seguido por 19 zeros!)

Um novo método para calcular o número de buracos negros

Como explicam os autores da pesquisa: “Este importante resultado foi obtido graças a uma abordagem original que combina o código de evolução estelar e binário de última geração SEVN desenvolvido pelo pesquisador do SISSA Dr. Mario Spera a prescrições empíricas para propriedades físicas relevantes de galáxias, especialmente a taxa de formação de estrelas, a quantidade de massa estelar e a metalicidade do meio interestelar (que são todos elementos importantes para definir o número e as massas dos buracos negros estelares). Explorando esses ingredientes cruciais em uma abordagem auto-consistente, graças à sua nova abordagem de computação, os pesquisadores derivaram o número de buracos negros estelares e sua distribuição de massa ao longo de toda a história do Universo. Alex Sicilia, primeiro autor do estudo, comenta: “O caráter inovador deste trabalho está no acoplamento de um modelo detalhado de evolução estelar e binária com receitas avançadas para formação de estrelas e enriquecimento de metais em galáxias individuais. Este é um dos primeiros e um dos mais robustos cálculos ab initio da função de massa do buraco negro estelar ao longo da história cósmica”

Qual é a origem da maioria dos buracos negros estelares massivos?

A estimativa do número de buracos negros no Universo observável não é a única questão investigada pelos cientistas nesta pesquisa. Em colaboração com o Dr. Ugo Di Carlo e Prof. Michela Mapelli da Universidade de Pádua, eles também exploraram os vários canais de formação de buracos negros de diferentes massas, como estrelas isoladas, sistemas binários e aglomerados estelares. De acordo com seu trabalho, os buracos negros estelares mais massivos se originam principalmente de eventos dinâmicos em aglomerados estelares. Especificamente, os pesquisadores mostraram que esses eventos são necessários para explicar a função de massa de buracos negros coalescentes, conforme estimado a partir de observações de ondas gravitacionais pela colaboração LIGO/Virgo.

Lumen Boco, coautor do artigo, comenta: “Nosso trabalho fornece uma teoria robusta para a geração de sementes leves para buracos negros (super) massivos com alto desvio para o vermelho e pode constituir um ponto de partida para investigar a origem de 'sementes pesadas', que prosseguiremos em um próximo artigo.

Um trabalho multidisciplinar realizado no âmbito do “BiD4BESt – Big Data Application for Black Hole Evolution Studies”

Prof. Andrea Lapi, O supervisor da Sicilia e coordenador do Ph.D. em Astrofísica e Cosmologia no SISSA, acrescenta: “Esta pesquisa é realmente multidisciplinar, cobrindo aspectos e exigindo conhecimentos em astrofísica estelar, formação e evolução de galáxias, ondas gravitacionais e astrofísica multi-mensageiro; como tal, precisa de esforços colaborativos de vários membros do grupo SISSA Astrophysics and Cosmology, e uma forte rede com colaboradores externos”

O trabalho de Alex Sicilia ocorre no contexto de um prestigiado Projeto de Rede de Treinamento Inovador “BiD4BESt – Big Data Application for Black Hole Evolution Studies” co-PIed pelo Prof. Andrea Lapi do SISSA (H2020-MSCAITN-2019 Project 860744), que foi financiado pela União Europeia com cerca de 3,5 milhões de euros no total; envolve vários parceiros acadêmicos e industriais, para fornecer Ph.D. e treinamento para 13 pesquisadores em estágio inicial na área de formação e evolução de buracos negros, explorando técnicas avançadas de ciência de dados.

Mais informações:

“A função de massa do buraco negro através dos tempos cósmicos. I. Buracos Negros Estelares e Distribuição de Sementes de Luz” por Alex Sicilia, Andrea Lapi, Lumen Boco, Mario Spera, Ugo N. Di Carlo, Michela Mapelli, Francesco Shankar, David M. Alexander, Alessandro Bressan e Luigi Danese, 12 de janeiro de 2022, The Astrophysical Journal. DOI: 10.3847/1538-4357/ac34fb

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Referência:

How Many Black Holes Are in the Universe? 40,000,000,000,000,000,000. SciTechDaily, 19, jan. 2022. Disponível em: <https://scitechdaily.com/how-many-black-holes-are-in-the-universe-40000000000000000000/>. Acesso em: 20, jan. 2022.