O dilema cósmico do ovo ou da galinha: as estrelas ou os buracos negros vieram primeiro?

Vivemos cercados por situações nas quais este dilema pode ser aplicado: o que veio primeiro, o ovo ou a galinha? Aqui, abordarei um problema muito atual, no campo da astrofísica, envolvendo os processos de formação de galáxias. Vamos expandi-lo. Apresentamos o problema usando conceitos telegráficos, que já discutimos, e convidamos o leitor a consultar outros artigos desta seção.

Galáxias nem sempre existiram. Houve um tempo, há quase 13 bilhões de anos, em que não havia estrelas, apenas uma sopa de matéria, luz e energia escura . Um universo não estático não era do agrado de Einstein, mas suas próprias equações — nas mãos de Lemaître, Leavitt e Hubble — provaram que ele estava errado.

Galáxias estão morrendo. Galáxias como a nossa, aquelas belas espirais e elípticas próximas, estão morrendo — ou já estão completamente mortas. Basta comparar quantas estrelas estão se formando hoje com quantas elas abrigam. A matemática não fecha : no ritmo atual, a Via Láctea levaria várias vidas para formar as que já tem. Portanto, as galáxias no passado devem ter sido muito mais ativas na formação de estrelas, algo que confirmamos ao estudar o Universo quando ele tinha cerca de metade de sua idade atual.

Algo está impedindo a formação de estrelas. Como apenas uma pequena porcentagem do material disponível — predominantemente hidrogênio — acaba se transformando em estrelas, algo deve estar interrompendo esse processo. E o culpado , segundo a teoria mais aceita entre os astrofísicos, é o buraco negro supermassivo que habita o núcleo de todas as galáxias. Esses buracos negros supermassivos normalmente têm uma massa que é um milésimo da massa estelar de sua galáxia hospedeira, mas exercem uma influência extraordinária na evolução do cosmos.

Essa teoria estabelece que em algum ponto no universo primitivo, talvez 100 ou 200 milhões de anos após o Big Bang — ainda não sabemos exatamente quando — as primeiras estrelas começaram a se formar à medida que o gás primordial (principalmente hidrogênio, mas também algum hélio e uma quantidade muito pequena de outros elementos como o lítio ) se condensava. E assim nasceram as primeiras galáxias, onde, de alguma forma, buracos negros supermassivos surgiram e cresceram. Por meio de processos que chamamos de feedback negativo, esses buracos negros supermassivos acabaram impedindo que o gás continuasse a ter as propriedades certas para formar estrelas, porque a energia liberada pelo buraco negro impede que o gás se condense em galáxias. Então, o que teríamos é um processo de formação de estrelas, depois a formação de um buraco negro supermassivo e, eventualmente, isso interromperia a formação de estrelas.

Mas o telescópio espacial JWST está mudando essa visão talvez muito ingênua. Estamos descobrindo uma infinidade de galáxias muito distantes — isto é, galáxias que existiam quando o universo era muito jovem — que já tinham buracos negros supermassivos. E eles eram muito, muito grandes quando o universo tinha menos de 10% de sua idade atual! Mesmo entre, digamos, as dez galáxias mais distantes que conhecemos, com uma distância totalmente confirmada, metade poderia ter buracos negros tão massivos quanto a própria Via Láctea — cerca de um milhão de sóis, ou até um pouco maiores. Eles são tão grandes que sua massa poderia ser maior do que a massa estelar das galáxias hospedeiras naquele universo jovem. Observe o verbo condicional: ainda estamos verificando nossos cálculos. Também descobrimos objetos que poderiam ter massas ainda maiores um pouco mais tarde, nos primeiros 15% da história do universo, os chamados pequenos pontos vermelhos . É muito difícil explicar como buracos negros tão grandes poderiam ter se formado em tão pouco tempo e em galáxias com tão poucas estrelas.

E aí vem o dilema do ovo e da galinha. Será que o processo foi realmente o de formar estrelas, criar buracos negros, crescer e finalmente interromper a formação de estrelas? Ou talvez os buracos negros tenham precedido as primeiras estrelas, depois os sóis começaram a se formar, depois os buracos negros cresceram e então as galáxias morreram? Chame os buracos negros de ovo e as estrelas de galinha, ou vice-versa.

A questão não é trivial. Se buracos negros supermassivos já existiam antes das estrelas, talvez tenham favorecido a formação de sóis em primeiro lugar, apenas para fazer exatamente o oposto, impedindo a formação de mais. Se buracos negros já existiam, sua origem não pode ser estelar, que é a origem sobre a qual temos uma boa quantidade de dados; sabemos quais estrelas formam buracos negros (mas minúsculos em comparação com esses supermassivos). Então, o que aconteceu? Eles sempre existiram? Eles se formaram por meio de um processo ainda não observado e talvez completamente desconhecido, ou conhecido, mas não comprovado?

O dilema do ovo e da galinha não é novo. Parece que Aristóteles já o abordou, em sua busca por causas e efeitos e pela busca do primeiro motor imóvel. Todas as galinhas vêm de ovos, e todos os ovos produzem galinhas. Não parece possível ter um sem o outro e vice-versa, deixando de lado as dissertações sobre a evolução das espécies (sim, havia ovos antes das galinhas). Existe uma sequência infinita, e Aristóteles concluiu que não há origem; nada pode vir primeiro nessa sequência. Se nada pode vir primeiro, então questionamos o conceito de tempo. De fato, Plutarco parece ter se perguntado, enquanto refletia sobre o mesmo problema, se o mundo teve um começo. E a partir daí podemos passar a discutir a criação e pular para a teologia. Essa não é minha área de especialização, nem é a área de especialização desta seção.

Vazio Cósmico é uma seção que apresenta nosso conhecimento do universo em termos qualitativos e quantitativos. Seu objetivo é explicar a importância de compreender o cosmos não apenas de uma perspectiva científica, mas também filosófica, social e econômica. O nome "vazio cósmico" refere-se ao fato de que o universo é, e é, em sua maior parte, vazio, com menos de um átomo por metro cúbico, apesar de, paradoxalmente, haver quintilhões de átomos por metro cúbico em nosso entorno, o que convida à reflexão sobre nossa existência e a presença de vida no universo. A seção é composta por Pablo G. Pérez González , pesquisador do Centro de Astrobiologia, e Eva Villaver , vice-diretora do Instituto de Astrofísica de Canarias.