Como você sabe, os buracos negros são muito difíceis de detectar porque são tão negros quanto o espaço ao seu redor. Só podemos identificar a localização dos buracos negros em circunstâncias especiais, como quando eles ejetam gás de uma estrela próxima ou se fundem, liberando um fluxo de ondas gravitacionais. Então, quantos buracos negros existem? Para responder a essa pergunta, os astrônomos devem recorrer a cálculos teóricos para fazer estimativas.
Ingredientes de um buraco negro
Para criar um buraco negro, você precisa criar estrelas, porque os buracos negros são criados pela morte das estrelas. Portanto, para descobrir quantos buracos negros existem no universo, os pesquisadores tiveram que dar alguns passos para trás.
O primeiro passo é modelar a evolução das galáxias ao longo de bilhões de anos de história cósmica. Afinal, as galáxias são o lar das estrelas, e sua evolução geral afeta quantas estrelas de cada tipo aparecem dentro delas. Por exemplo, algumas galáxias podem consistentemente formar novas estrelas ano após ano. Outros podem experimentar fusões que produzem uma formação estelar incrivelmente intensa, mas depois se esgotam e não fazem nada digno de nota.
Os astrônomos observaram as estatísticas das galáxias ao longo do tempo cósmico, observando uma tendência geral na taxa de fusões de galáxias e na demografia. 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 da galáxia (os astrônomos os chamam de "metais"). Galáxias maiores têm mais gás, o que lhes permite formar mais estrelas. Mas mais metais podem melhorar o resfriamento do gás, o que, por sua vez, ajuda as galáxias a produzir novas estrelas com mais eficiência.
receita buraco negro
Usando esses blocos de construção, os astrônomos têm um modelo da população estelar nas galáxias que informa quantas estrelas pequenas, médias e grandes aparecem no universo. E então eles precisavam traçar a evolução – e mais importante, a morte – dessas estrelas. Para fazer isso, eles se voltaram para a modelagem, que relaciona as propriedades de uma estrela específica (sua massa e metalicidade) com seu tempo de vida e possível morte. Apenas uma fração das maiores estrelas dá origem a buracos negros, e esta simulação diz aos astrônomos qual porcentagem de estrelas na galáxia são extintas a cada ano.
Os astrônomos então tiveram que rastrear a evolução dos sistemas binários, já que os buracos negros podem se alimentar de suas estrelas irmãs, reabastecendo-as com gás. 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, o que os astrônomos também apreciaram. Finalmente, às vezes os buracos negros se encontram na escuridão do espaço interestelar e se fundem. Assim, para fazer um levantamento preciso, os astrônomos tiveram que estimar a taxa de fusões de buracos negros em cada galáxia.
Um grande censo de buracos negros
Juntando tudo, os astrônomos conseguiram rastrear a população de buracos negros ao longo de bilhões de anos. Eles fizeram a chamada "função de massa", que é uma espécie de censo astronômico de quantos buracos negros de cada tamanho existem em um determinado momento.
Não surpreendentemente, os maiores buracos negros, chamados buracos negros supermassivos, são muito mais raros do que os menores. Pesquisadores descobriram que em cada megaparsec cúbico do espaço (onde um megaparsec é 1 milhão de parsecs, ou 3,26 milhões de anos-luz), nosso universo contém cerca de 50 milhões de buracos negros com a massa do Sol. Se cada buraco negro tiver várias vezes a massa do Sol, isso significa cerca de 10 milhões de buracos negros individuais no mesmo volume.
Para colocar isso em perspectiva, a quantidade total de massa contida nos buracos negros é cerca de 10% da massa contida nas estrelas. Então, entre todas as estrelas que você vê no céu noturno, há muitos buracos negros escondidos. Buracos negros supermassivos, por outro lado, são extremamente raros, e cada galáxia geralmente abriga apenas um desses monstros. No total, os buracos negros representam cerca de 1% de toda a matéria bariônica (não escura) no universo hoje.
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