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mar 23

Como interagem os buracos negros supermassivos e a matéria escura que os cerca?

Distorção do espaco tempo por um buraco negro supermassivo no centro galáctico. Crédito: Felipe Esquivel Reed

Distorção do espaço-tempo por um buraco negro supermassivo no centro galáctico. Crédito: Felipe Esquivel Reed

Os astrônomos estimam que cerca de 23% do Universo consiste de uma misteriosa “matéria escura”, um material invisível (pois não interage com a radiação eletromagnética) que só é detectado através de sua influência gravitacional sobre sua vizinhança. Agora, dois astrônomos pertencentes a Universidade Nacional Autônoma do México (UNAM) encontraram uma indicação de como a matéria escura se comporta na vizinhança de buracos negros supermassivos que residem nos núcleos das galáxias. Suas idéias foram publicadas em uma carta na revista Monthly Notices of Royal Astronomical Society.

Nos primórdios do Universo, segundo os astrônomos, os aglomerados de matéria escura atraíram o gás cósmico, o qual se fundiu para formar as estrelas, que finalmente formaram as galáxias que vemos hoje. Em seus esforços para compreender os mecanismos de formação e evolução galáctica, os astrônomos têm passado um bom tempo tentando simular o processo de aglutinação da matéria escura nesses objetos.

Os astrônomos na UNAM, Dr. Xavier Hernandez e Dr. William Lee, calcularam como os buracos negros supermassivos que estão no centro das galáxias interagem com a matéria escura. Estes buracos negros possuem entre milhões e bilhões de vezes a massa do Sol e absorvem matéria em um grande ritmo.

O gráfico mostra a evolução da massa de buraco negro central, simulada pelos cientistas, com massa incial M0 = 5 x 10^9 M☼ em um halo de matéria escura com velocidade de dispersão de 200 km/s. Os gráficos são para densidade = 400, 350, 300, 250, 200, 150 e 100 M☼/pc³. Crédito: Xavier Hernandez e William Lee

O gráfico mostra a evolução da massa de buraco negro central, simulada pelos cientistas, com massa incial M0 = 5 x 10^9 M☼ em um halo de matéria escura com velocidade de dispersão de 200 km/s. Os gráficos são para densidade = 400, 350, 300, 250, 200, 150 e 100 M☼/pc³. Crédito: Xavier Hernandez e William Lee

Os pesquisadores modelaram o modo como a matéria escura tem sido absorvida pelos buracos negros supermassivos e constatou que a taxa em que isso acontece é extremamente sensível à quantidade de matéria escura encontrada nas proximidades do buraco negro.

Se esta concentração for acima da densidade crítica de 7 vezes a massa do Sol espalhada ao longo de cada ano-luz cúbico no espaço, a massa do buraco negro iria aumentar tão rapidamente que englobaria, portanto, uma tal quantidade de matéria escura, que em breve toda a galáxia estaria alterada de forma irreconhecível.

Dr. Harris explicou:

Ao longo de bilhões de anos, desde que se formaram as galáxias, tal absorção descontrolada da matéria escura em buracos negros deveria ter alterado a população de galáxias de forma diversa do que observamos hoje.

Seu trabalho sugere, portanto, que a densidade de matéria escura no centro das galáxias tende a apresentar um valor constante. Comparando-se as suas observações com as previsões que os modelos atuais da evolução do Universo estabelecem, Hernandez e Lee concluíram que é provável que seja necessário alterar algumas das pressuposições as quais suportam esses modelos. Assim, a matéria escura pode estar se comportando de uma maneira distinta do modo estimado pelos cientistas.

Os cientistas escreveram no ABSTRACT:

  • Nós estudamos as taxas de crescimento dos buracos negros supermassivos nos centros das galáxias via acresção de matéria escura provenientes dos seus halos circunvizinhos. Ao considerar apenas a acresção devido às partículas de matéria escura em órbitas independentes do buraco negro central, nós calculamos um firme limite inferior para a taxa de acresção resultante.
  • Nós descobrimos que um regime descontrolado de acumulação – runaway accretion regime – ocorre em uma escala de tempo que depende de três parâmetros característicos do problema: a massa inicial do buraco negro, a densidade de volume e a velocidade de dispersão das partículas de matéria escura em suas proximidades.
  • Um tratamento analítico da taxa de acresção leva a resultados que implicam que para as maiores massas de buracos negros [> 109 M☼], inferidas a partir de estudos de quasares (QSO – quasi-stellar-object), o regime descontrolado seria alcançado em escalas de tempo mais curtas que o tempo de vida dos halos em questão, para densidades da matéria escura central galáctica acima de 250 M☼ / pc3.
  • Tendo em vista que atingir a acresção descontrolada iria distorcer fortemente o halo de matéria escuro galáctico, a inferência sobre buracos negros em quasares (QSO) nesta faixa de massas nos leva a calcular um limite superior para a densidade da matéria escura central (ρ0) de seus halos hospedeiros no valor de ρ0 < 250 M☼ / pc3.
  • Isto limita as escalas de forma inversamente proporcional com a massa assumida do buraco negro central. No entanto, quando pensamos a respeito dos perfis universais de matéria escura através das populações galácticas, assim como implicam os estudos cosmológicos, nós obtivemos um valor firme de limite superior para a densidade da matéria escura central, em tais estruturas.

Fonte

Centauri Dreams: Black Hole Clues to Dark Matter

Artigo Científico

ArXiv.org: An upper limit to the central density of dark matter haloes from consistency with the presence of massive central black holes por X. Hernandez e William H. Lee

._._.

3 comentários

2 menções

  1. ROCA :
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    Para tutoriais consulte:
    Cosmologia: http://astro.if.ufrgs.br/univ/
    Astronomia e Astrofísica: http://astro.if.ufrgs.br/
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    1. ROCA

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