O Telescópio Espacial James Webb (JWST) observou luz de estrelas que rodeiam alguns dos antigos buracos negros supermassivos do Universo, buracos negros vistos como eram menos de mil milhões de anos após o Big Bang.
As observações feitas por uma equipe do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) abordam a questão de como esses gigantes cósmicos nos núcleos das galáxias crescem em massas massivas, equivalentes a milhões (às vezes bilhões) de sóis. Mais especificamente, como cresceu tão rapidamente? Os resultados também poderiam responder ao enigma: o que veio primeiro, a galáxia ou o buraco negro supermassivo?
Os buracos negros supermassivos observados pela equipa do MIT alimentam-se insaciavelmente do material que os rodeia, gerando enormes forças de maré num disco de matéria denominado disco de acreção, fazendo com que o próprio disco brilhe. Este estado de alimentação alimenta objetos chamados quasares, que estão localizados no coração de galáxias ativas. Os quasares são alguns dos objetos mais brilhantes do universo, e alguns são tão brilhantes que ofuscam a luz combinada de cada estrela nas galáxias que os rodeiam.
Os buracos negros supermassivos também estão envoltos em mistério, especialmente quando vistos um bilhão de anos antes dos 13,8 bilhões de anos de história do universo. Isto ocorre porque o processo de fusões contínuas de buracos negros, que os cientistas acreditam que os buracos negros supermassivos crescem ao longo do tempo, deve levar vários bilhões de anos para começar. Então, como é que estes vazios gigantescos poderiam existir apenas cerca de mil milhões de anos após o Big Bang?
Bem, uma sugestão é que eles tiveram uma vantagem inicial, formando-se a partir dos chamados buracos negros de “sementes pesadas”.
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Utilizando o Telescópio Espacial James Webb para observar a luz ténue proveniente de estrelas em galáxias que albergam seis quasares antigos, a equipa do MIT reuniu, pela primeira vez, provas de que buracos negros supermassivos no Universo primitivo cresceram, na verdade, a partir de sementes pesadas.
“Estes buracos negros são milhares de milhões de vezes mais massivos que o Sol, numa altura em que o Universo ainda está na sua infância”, disse Anna-Christina Ehlers, membro da equipa e professora assistente de física no MIT. Ele disse em um comunicado. “Os nossos resultados sugerem que no Universo primitivo, os buracos negros supermassivos podem ter ganho massa antes das suas galáxias hospedeiras, e as sementes dos buracos negros primordiais podem ter sido mais massivas do que são hoje.”
O que veio primeiro? Buraco negro ou sua galáxia?
Descoberto na década de 1960, pensou-se inicialmente que o brilho intenso dos quasares surgia de um único ponto semelhante a uma estrela. Isto deu origem ao nome “quasar”, que é uma tradução do termo objeto “quasar”. No entanto, os investigadores rapidamente descobriram que os quasares são, na verdade, causados pela acumulação de grandes quantidades de matéria em buracos negros supermassivos localizados nos núcleos das galáxias.
No entanto, estes objetos também estão rodeados por estrelas, que são muito mais fracas e mais difíceis de observar. Isto ocorre porque esta luz estelar é apagada pela luz mais brilhante do quasar em torno do qual a estrela orbita. Assim, separar a luz dos quasares e a luz das estrelas circundantes não é fácil, é como ver a luz dos vaga-lumes pousados na lâmpada de um farol a cerca de um quilômetro de distância.
No entanto, a capacidade do Telescópio Espacial James Webb de viajar mais atrás no tempo do que qualquer telescópio anterior, juntamente com a sua alta sensibilidade e resolução, tornou este desafio menos assustador. Assim, a equipa do MIT conseguiu observar a luz que viajava para a Terra há cerca de 13 mil milhões de anos, proveniente de seis quasares em galáxias antigas.
“O quasar ofusca a galáxia hospedeira em muitas ordens de magnitude. As imagens anteriores não eram suficientemente nítidas para discernir a forma da galáxia hospedeira com todas as suas estrelas,” disse o membro da equipa Minghao Yu, investigador de pós-doutoramento no Instituto Kavli de Astrofísica e Espaço do MIT. Pesquisar. Ele disse. “Agora, pela primeira vez, somos capazes de detectar a luz destas estrelas criando cuidadosamente as imagens JWST mais nítidas destes quasares.”
Os dados do JWST incluíram medições das emissões de luz de cada um dos seis quasares em vários comprimentos de onda. Esta informação foi então alimentada num modelo de computador que detalhava quanto desta luz poderia ser atribuído a uma fonte pontual compacta – o disco de acreção em torno do buraco negro – e quanto poderia ser atribuído a uma fonte mais difusa – estrelas espalhadas pela galáxia. .
Ao dividir a luz em duas fontes, a equipa também conseguiu deduzir as massas de ambos os elementos nestas galáxias. Isto revelou que os buracos negros supermassivos têm massas equivalentes a cerca de 10% da massa das estrelas que os rodeiam.
Embora isto possa parecer um enorme desequilíbrio a favor das estrelas, considere como os buracos negros supermassivos centrais nas galáxias modernas têm uma massa de apenas 0,1% da massa das estrelas nas galáxias que os rodeiam.
“Isto diz-nos algo sobre o que cresce primeiro: é o buraco negro que cresce primeiro e depois a galáxia segue? Ou é a galáxia e as suas estrelas que crescem primeiro, dominando e regulando o crescimento do buraco negro?” Ehlers disse. “Vemos que os buracos negros no universo primitivo parecem crescer mais rapidamente do que as suas galáxias hospedeiras.
“Esta é uma evidência preliminar de que as sementes primordiais do buraco negro poderiam ter sido muito maiores naquela época.”
“Depois que o universo apareceu, surgiram buracos negros primordiais que consumiram matéria e cresceram em muito pouco tempo. Uma das grandes questões é entender como esses buracos negros gigantes poderiam crescer tão grandes e tão rapidamente”, concluiu Yu. “Deve haver algum mecanismo para fazer com que o buraco negro ganhe massa antes da sua galáxia hospedeira naqueles primeiros mil milhões de anos.
“É a primeira evidência que vemos disso, o que é emocionante.”
Os resultados da equipe são publicados em Jornal Astrofísico.
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