James Webb encontra buraco negro anterior à própria galáxia

O Telescópio Espacial James Webb identificou evidências de um buraco negro supermassivo que já era gigantesco desde sua formação e que pode ter surgido antes da própria galáxia ao redor dele. Segundo os pesquisadores, a descoberta desafia os modelos tradicionais sobre a origem desses objetos no universo primitivo.

O estudo analisou o objeto conhecido como Abell2744-QSO1, um “Little Red Dot” observado cerca de 700 milhões de anos após o Big Bang. Os resultados indicam que o buraco negro possivelmente nasceu enorme, sem passar pela fase clássica de colapso de estrelas massivas dentro de uma galáxia já formada.

O James Webb registrou três imagens do QSO1 devido ao efeito de lente gravitacional provocado pelo aglomerado Abell 2744, também chamado de Aglomerado de Pandora – Imagem: NASA/ESA/CSA/L. Furtak/R. Maiolino/F. D’Eugenio/I. Juodžbalis/H. Übler/C. Marconcini/A. Pagan

Descoberta desafia cenário clássico

Por décadas, cientistas acreditaram que buracos negros supermassivos surgiam a partir do colapso de grandes estrelas dentro de galáxias já existentes. Esses objetos cresceriam gradualmente ao consumir matéria e se fundir com outros buracos negros.

O problema é explicar como alguns desses corpos alcançaram massas equivalentes a milhões ou bilhões de sóis tão cedo na história do universo.

Agora, pesquisadores usando o James Webb encontraram evidências de que alguns desses buracos negros podem ter se formado já em grandes dimensões, sem depender de uma galáxia massiva para alimentá-los.

“É uma descoberta notável”, afirmou Roberto Maiolino, da Universidade de Cambridge e coautor dos estudos publicados na Nature e na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “É uma mudança de paradigma, uma revisão total dos cenários clássicos de como os buracos negros se formam e crescem.”

Objeto observado fica a 13 bilhões de anos-luz

O QSO1 possui aproximadamente 1.300 anos-luz de extensão e sua luz viajou mais de 13 bilhões de anos até chegar à Terra. O objeto também é ampliado por um efeito de lente gravitacional provocado pelo aglomerado de galáxias Abell 2744, conhecido como “Aglomerado de Pandora”.

Segundo os pesquisadores, observações iniciais indicavam que o QSO1 poderia ser basicamente uma nuvem de hidrogênio e hélio girando ao redor de um buraco negro supermassivo com massa estimada em cerca de 40 milhões de vezes a massa do Sol.

As novas medições diretas apontaram que o objeto possui aproximadamente 50 milhões de massas solares.

Rotação do gás permitiu medir massa diretamente

A equipe utilizou o instrumento NIRSpec, do James Webb, para mapear o movimento do gás ao redor do buraco negro e identificar a composição química da região.

Os cientistas observaram que o hidrogênio ao redor do QSO1 apresenta um movimento chamado de rotação kepleriana, semelhante ao movimento dos planetas ao redor do Sol.

Dados do NIRSpec mostraram o movimento do gás ao redor do QSO1, permitindo calcular diretamente a massa do buraco negro supermassivo – Imagem: NASA/ESA/CSA/L. Furtak/R. Maiolino/F. D’Eugenio/I. Juodžbalis/H. Übler/C. Marconcini/A. Pagan

Esse comportamento permitiu calcular diretamente a massa do buraco negro usando leis gravitacionais conhecidas.

“Isso é importante porque nos diz que a maior parte da massa do QSO1 está concentrada no buraco negro no centro”, explicou o pesquisador Ignas Juodžbalis. “Se a massa estivesse mais distribuída, como aconteceria se houvesse muitas estrelas, o gás não teria essa rotação kepleriana perfeita.”

Os pesquisadores descobriram que o buraco negro representa cerca de dois terços da massa total do QSO1, proporção milhares de vezes maior do que a observada em galáxias próximas.

Ambiente é um dos mais “primitivos” já observados

Os mapas de composição também mostraram que o gás presente no QSO1 é formado quase totalmente por hidrogênio e hélio, com quantidades mínimas de elementos mais pesados, como oxigênio.

Segundo os cientistas, a metalicidade do objeto é inferior a 0,5% da observada no Sol, tornando o ambiente um dos mais “primitivos” já medidos.

“É um resultado fenomenal”, disse Maiolino. “É a primeira medição direta da massa de um buraco negro dentro do primeiro bilhão de anos após o Big Bang.”

A imagem anotada destaca as três aparições do QSO1 observadas pelo James Webb no campo do aglomerado Abell 2744 – Imagem: NASA/ESA/CSA/L. Furtak/R. Maiolino/F. D’Eugenio/I. Juodžbalis/H. Übler/C. Marconcini/A. Pagan

Buraco negro pode ter surgido antes da galáxia

Para os pesquisadores, a enorme massa do QSO1 em relação à galáxia ao redor sugere que ele não surgiu gradualmente a partir de pequenos buracos negros formados por estrelas.

“Parece que encontramos um buraco negro que não possui uma galáxia hospedeira substancial e que antecedeu processos estelares”, afirmou Juodžbalis. “Isso é muito empolgante porque é uma evidência de buracos negros primordiais ou de colapso direto, que haviam sido teorizados, mas não confirmados.”

Os cientistas acreditam que o objeto pode ter se originado a partir de uma “semente pesada” formada nos primeiros instantes após o Big Bang ou do colapso de uma gigantesca nuvem de gás.

Segundo a equipe, o QSO1 pode estar nos estágios iniciais da formação de uma galáxia ao seu redor.

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