Astrônomos detectam o quasar mais distante até agora – a mais de 13 bilhões de anos-luz de distância

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Impressão artística do J0313-1806. (Créditos: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva)

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Uma galáxia a bilhões de anos-luz de distância é a mais distante de seu tipo que encontramos até hoje, trazendo mais um desafio aos nossos modelos de buraco negro e de formação de galáxias, e oferecendo um raro vislumbre do Universo primitivo.

Ela é denominada J0313-1806, um quasar a mais de 13 bilhões de anos-luz da Terra, totalmente formado com um enorme buraco negro supermassivo em seu centro, e lançando estrelas recém-nascidas a uma taxa furiosa – apenas 670 milhões de anos após o Big Bang.

Uma equipe de pesquisadores liderada pela Universidade do Arizona (EUA) até encontrou evidências de um vento de quasar quente, soprando do buraco negro supermassivo no centro de J0313-1806 a 20 por cento da velocidade da luz.

“Esta é a primeira evidência de como um buraco negro supermassivo está afetando sua galáxia hospedeira ao seu redor”, disse o astrônomo Feige Wang, do Observatório Steward da Universidade do Arizona. “Por observações de galáxias menos distantes, sabemos que isso deve acontecer, mas nunca vimos acontecer tão cedo no universo.”

Quasares – uma abreviação de “fontes de rádio quase estelares” – são o resultado incrivelmente brilhante de um núcleo galáctico ativo, com um buraco negro supermassivo acumulando material a uma taxa que o calor gerado se espalha pelo Universo. O núcleo do J0313-1806 está acumulando material a uma taxa de 25 massas solares por ano; mas está tão longe que apenas o poder combinado de alguns de nossos telescópios mais poderosos foi capaz de detectá-lo como um ponto infravermelho no início dos tempos.

Em seguida, o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) no Chile foi usado para estudá-lo mais detalhadamente. Juntas, essas observações revelam o quasar mais distante até agora, batendo o recorde anterior do antigo detentor, J1342+0928, por 20 milhões de anos.

J1342+0928, identificado 690 milhões de anos após o Big Bang, era desafiador o suficiente, com um buraco negro supermassivo atingindo 800 milhões de massas solares. Mas J0313-1806 o superou – seu buraco negro supermassivo tem o dobro da massa, 1,6 bilhão de massas solares.

Isso é extraordinariamente grande para algo que surgiu logo após o Big Bang – e muito grande para alguns de nossos modelos atuais. Um dos modelos propõe que os buracos negros supermassivos começam pequenos e crescem agregando matéria. Outro propõe que eles se formam por meio do colapso direto de densos aglomerados de estrelas.

Esses modelos podem funcionar para outros quasares encontrados no Universo distante, como o J1342+0928, mas não para o J0313-1806. Mesmo se o buraco negro supermassivo do J0313-1806 tivesse se formado cerca de 100 milhões de anos após o Big Bang, e crescesse tão rápido quanto a modelagem permite, ainda precisaria ter começado com 10.000 massas solares desde o início, calculou a equipe.

Existe, no entanto, uma terceira opção.

“Isso indica que não importa o que você faça, a semente desse buraco negro deve ter se formado por um mecanismo diferente”, disse o astrônomo Xiaohui Fan, do Departamento de Astronomia do Universidade do Arizona. “Neste caso, um que envolve grandes quantidades de gás hidrogênio frio primordial colapsando diretamente em uma semente de um buraco negro.”

Existem outras razões pelas quais J0313-1806 é um objeto fascinante. Como sua taxa de formação de estrelas que está em torno de 200 massas solares por ano, classificando-o como o que chamamos de galáxia estelar. Este é um estágio intenso na vida de uma galáxia; em taxas tão altas de formação de estrelas, é apenas uma questão de tempo até que todo o material de formação de estrelas se esgote.

E esse vento de quasar – fluxos extremamente quentes de plasma do disco de acreção de material girando em torno do buraco negro supermassivo – não está ajudando nesse processo. Esses ventos estão retirando o gás frio da formação de estrelas da galáxia, que provavelmente extinguirá ou interromperá a formação estelar.

“Achamos que esses buracos negros supermassivos foram a razão pela qual muitas das grandes galáxias pararam de formar estrelas em algum ponto”, disse Fan.

“Observamos essa ‘extinção’ em desvios para o vermelho mais baixos, mas até agora, não sabíamos quão cedo esse processo começou na história do Universo. Este quasar é a evidência mais antiga de que a extinção pode ter acontecido em tempos muito antigos.”

Eventualmente, não haverá mais nada nas proximidades para o buraco negro supermassivo devorar e, também, e seu brilho extremamente luminoso irá diminuir, pelo menos do nosso ponto de vista. Como a luz que nos chega do J0313-1806 tem 13,03 bilhões de anos, a galáxia provavelmente parece muito diferente agora do que estamos vendo.

No entanto, o quasar, e outros como ele, constituem um catálogo crescente que está ajudando os astrônomos a descobrir os mistérios de como nosso Universo se formou. E, à medida que nossos instrumentos continuam a ficar mais sensíveis, também o nosso entendimento do início de tudo continuará a crescer.

“Observações futuras”, disse Wang, “poderiam tornar possível resolver os mistérios do quasar em mais detalhes, mostrar a estrutura de sua vazão e até onde o vento se estende em sua galáxia, e isso nos daria uma ideia muito melhor de seu estágio evolutivo.”

A pesquisa foi apresentada no 237º encontro da American Astronomical Society. Ela também foi aceita pelo The Astrophysical Journal Letters e está disponível no arXiv.