Há uma visão crescente de que os buracos negros no universo primitivo podem ter sido as sementes em torno das quais a maioria das grandes galáxias de hoje (agora com buracos negros supermassivos dentro) cresceram pela primeira vez. E dando um passo adiante, também pode ser o caso de os buracos negros serem a chave para reionizar o meio interestelar inicial - o que influenciou a estrutura em larga escala do universo de hoje.
Para recapitular esses primeiros anos ... O primeiro foi o Big Bang - e por cerca de três minutos tudo ficou muito compacto e, portanto, muito quente - mas depois de três minutos os primeiros prótons e elétrons se formaram e, nos 17 minutos seguintes, uma proporção desses prótons interagiu para formar núcleos de hélio - até 20 minutos após o Big Bang, o universo em expansão tornou-se muito frio para manter a nucleossíntese. A partir daí, os prótons, os núcleos de hélio e os elétrons se movimentaram pelos próximos 380.000 anos como um plasma muito quente.
Também havia fótons, mas havia pouca chance de esses fótons fazerem qualquer coisa além de serem formados e, em seguida, reabsorvidos por uma partícula adjacente naquele plasma quente e quente. Mas, em 380.000 anos, o universo em expansão esfriou o suficiente para que os prótons e os núcleos de hélio se combinassem com os elétrons para formar os primeiros átomos - e de repente os fótons ficaram com espaço vazio para disparar como os primeiros raios de luz - que hoje nós ainda pode detectar como o fundo cósmico de microondas.
O que se seguiu foi a chamada idade das trevas, até cerca de meio bilhão de anos após o Big Bang, as primeiras estrelas começaram a se formar. É provável que essas estrelas fossem grandes, como realmente grandes, já que os átomos de hidrogênio (e hélio) estáveis e frescos disponíveis agregam e agregam prontamente. Algumas dessas primeiras estrelas podem ter sido tão grandes que rapidamente se despedaçaram como supernovas de instabilidade dupla. Outros eram muito grandes e desabaram em buracos negros - muitos deles com muita gravidade para permitir que uma explosão de supernova soprasse qualquer material da estrela.
E é aqui que a história da reionização começa. Os átomos de hidrogênio frios e estáveis do meio interestelar inicial não permaneceram frios e estáveis por muito tempo. Em um universo menor, cheio de estrelas massivas densamente compactadas, esses átomos foram rapidamente reaquecidos, fazendo com que seus elétrons se dissociassem e seus núcleos se tornassem íons livres novamente. Isso criou um plasma de baixa densidade - ainda muito quente, mas muito difuso para ser opaco para iluminar mais.
É provável que essa etapa de reionização tenha limitado o tamanho em que novas estrelas poderiam crescer - além de limitar as oportunidades para novas galáxias crescerem - já que os íons quentes e excitados têm menos probabilidade de agregar e acumular do que os átomos frios e estáveis. A reionização pode ter contribuído para a atual distribuição 'desajeitada' da matéria - que é organizada em galáxias discretas geralmente grandes, em vez de uma propagação uniforme de estrelas em todos os lugares.
E foi sugerido que os primeiros buracos negros - na verdade buracos negros em binários de raios X de alta massa - podem ter contribuído significativamente para a reionização do universo primitivo. A modelagem computacional sugere que o universo primitivo, com uma tendência a estrelas muito massivas, teria muito mais probabilidade de ter buracos negros como remanescentes estelares, do que estrelas de nêutrons ou anãs brancas. Além disso, esses buracos negros costumavam estar em binários do que isolados (uma vez que estrelas massivas costumam formar múltiplos sistemas do que estrelas pequenas).
Assim, com um binário massivo em que um componente é um buraco negro - o buraco negro rapidamente começará a acumular um grande disco de acréscimo composto de matéria extraída da outra estrela. Então esse disco de acreção começará a irradiar fótons de alta energia, particularmente nos níveis de energia dos raios X.
Embora o número de fótons ionizantes emitidos por um buraco negro seja provavelmente semelhante ao de sua estrela progenitora brilhante e luminosa, seria esperado que emitissem uma proporção muito maior de fótons de raios X de alta energia - com cada um desses fótons potencialmente aquecendo e ionizando múltiplos átomos em seu caminho, enquanto o fóton de uma estrela luminosa só pode reionizar um ou dois átomos.
Então lá vai você. Buracos negros ... há algo que eles não possam fazer?
Leitura adicional: Mirabel e cols. Buracos negros estelares na aurora do universo.
