Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert
Um objeto à espreita no alvorecer nebuloso do Universo acaba de surpreender os astrônomos.
Observações coletadas pelo Telescópio Espacial James Webb revelaram um buraco negro supermassivo ativo com 10 milhões de vezes a massa do Sol – um que está crescendo ativamente à medida que suga a matéria do espaço ao seu redor.
Com apenas 570 milhões de anos após o Big Bang, este é o mais antigo buraco negro supermassivo em crescimento detectado até agora, embora os cientistas supõem que não permaneça o detentor do recorde por muito tempo.
O buraco negro foi encontrado dentro de uma das mais antigas galáxias já detectadas, anteriormente conhecida como EGSY8p7, embora renomeada como CEERS_1019. Sua descoberta pode ajudar com um dos maiores quebra-cabeças do início do Universo: como os buracos negros no Alvorecer Cósmico cresceram em tamanhos tão grandes em tão pouco tempo.
Um paper detalhando a descoberta liderado pela astrofísica Rebecca Larson, da Universidade do Texas em Austin, EUA, foi submetido ao The Astrophysical Journal e está disponível no servidor de pré-publicação arXiv.
“Encontramos o núcleo galáctico ativo mais distante (NGA) e o buraco negro mais distante e mais antigo que já encontramos”, disse Larson ao ScienceAlert.
Larson foi inicialmente olhando para CEERS_1019 como parte de seu trabalho investigando a luz produzida pela formação de estrelas no início do Universo. Acredita-se que essa luz, chamada emissão de Lyman-alfa, seja gerada pela ionização do hidrogênio neutro pela atividade de formação estelar. O Universo primitivo estava cheio de uma névoa de hidrogênio neutro, que impedia a propagação da luz; foi somente depois que esse hidrogênio foi ionizado que a luz pôde fluir livremente.
Esta Era de Reionização, como é conhecida, não é totalmente compreendida. Sabemos que ocorreu no primeiro bilhão de anos após o Big Bang, 13,8 bilhões de anos atrás, mas ver tão longe no início do Universo é realmente difícil. CEERS_1019 e um punhado de outras galáxias superantias são alvos excelentes para esta pesquisa, porque são relativamente brilhantes.
A galáxia foi identificada nos dados do Hubble em 2015 e, na época, era a galáxia mais antiga e distante observada. Observações subsequentes confirmaram sua existência, mas informações mais detalhadas permaneceram indescritíveis: a luz mais antiga do Universo mudou tanto para a parte infravermelha do espectro devido à expansão do Universo que um poderoso instrumento infravermelho dedicado como o JWST é necessário para sondá-la.
Então, quando o JWST apareceu, CEERS_1019 – a mais brilhante das galáxias do Hubble desta época – era um alvo óbvio. O telescópio observou a galáxia por apenas uma hora, com todos os seus quatro instrumentos, mas retornou uma grande quantidade de dados.
“No momento, eu estava tipo, uau, olhe para tudo o que podemos ver com o JWST, vimos toda essa porção do espectro desta galáxia – e quaisquer galáxias no início do Universo – que nunca vimos antes”, disse Larson ao ScienceAlert. “Fiquei impressionada com a quantidade de informações.”
Mas então ela notou algo que não esperava. Além da luz da formação estelar, havia uma ampla característica de emissão geralmente associada ao NGA. E quando ela mencionou isso para alguns pesquisadores do NGA, as coisas começaram a ficar interessantes.
Normalmente, uma galáxia no início do Universo emite luz de um NGA ou luz da formação estelar. Ver os dois na mesma galáxia foi extremamente inesperado.
“Fiquei tão surpresa quanto todos”, disse Larson. “Tivemos toda essa discussão por semanas, sobre o que deveria ser, um ou outro. E acontece que são os dois. Há algum impacto que o buraco negro está tendo nas linhas de emissão que nós estamos vendo, mas a maior parte da luz que vemos em nossas imagens ainda é dominada pela parte formadora de estrelas da galáxia.”
O fato de um buraco negro supermassivo ter existido há mais de 13,2 bilhões de anos e ter sido visto crescendo não é tão surpreendente quanto você pode pensar. Buracos negros muito maiores foram detectados no início do Universo; J1342+0928, uma galáxia quasar detectada 690 milhões de anos após o Big Bang, tem um buraco negro supermassivo com 800 milhões de sóis. O buraco negro em J0313-1806, visto 670 milhões de anos após o Big Bang, foi medido em 1,6 bilhão de sóis.
Ambos os quasares são dominados pela emissão de NGA. O que o CEERS_1019 parece representar, acreditam Larson e seus colegas, é um passo intermediário: um ponto entre as galáxias posteriores, maiores e dominadas por NGAs, e como essas galáxias e seus buracos negros começaram a se formar em primeiro lugar.
“Não sabíamos e ainda não sabemos como os buracos negros nessas galáxias se tornaram tão massivos tão cedo no Universo”, explica Larson.
“Então, o que descobrimos é o que achamos que poderia ser o progenitor ou a coisa que se transformou nesses quasares incrivelmente massivos”.
Olhando para o buraco negro supermassivo em CEERS_1019, os pesquisadores acham que o objeto se formou a partir do colapso de um objeto massivo, como uma das primeiras estrelas do Universo. Essas estrelas eram muito, muito maiores do que as estrelas que temos hoje, então o buraco negro de tal colapso teria uma vantagem inicial em seu caminho para se tornar supermassivo.
Mas ainda precisaria de um pouco de impulso. Isso poderia ter ocorrido na forma de acréscimo periódico ultrapassando o limite de Eddington. O limite de Eddington é a taxa máxima sustentável na qual os buracos negros podem crescer. O material gira em torno de um buraco negro em um disco, alimentando o buraco negro como água pelo ralo. Acima do limite de Eddington, o material está se movendo tão rápido que, em vez de circular o buraco negro, ele voa para o espaço. A acreção de Super-Eddington só é possível por curtos períodos; mas, de acordo com a modelagem da equipe, pode ser possível em rajadas que ajudaram a aumentar o buraco negro no centro de CEERS_1019.
Mas a melhor maneira de aprender mais sobre eles é encontrar mais galáxias intermediárias, e isso parece extremamente viável. Como Larson aponta, os resultados vieram de apenas uma hora de observações. Espera-se que as observações verdadeiramente profundas revelem galáxias mais distantes e ainda mais fracas que finalmente nos ajudem a entender como o Universo nasceu e como ele se formou.
“Acho que meu recorde não vai durar muito”, disse Larson. “E espero que não, porque acho que é mais emocionante, que estamos começando a responder a essas perguntas.”
A pesquisa foi submetida ao The Astrophysical Journal e está disponível no arXiv.
