James Webb descobre um buraco negro "nu" inesperado

Um buraco negro que pesa mais do que o resto da galáxia que o abriga. Descoberto pelo Telescópio Espacial James Webb no início do Universo, este objeto, chamado QSO1, parece ter se formado antes mesmo que sua galáxia hospedeira tivesse tempo de se desenvolver. 

Esses "pequenos pontos vermelhos" são objetos enigmáticos do início do Universo. Até agora, as estimativas indiretas da massa dos buracos negros que eles contêm dependiam de hipóteses locais, muito debatidas. Mas um novo estudo publicado na revista Nature usou um método direto: a espectroastrometria, que mede o movimento do gás em órbita para determinar a massa do buraco negro central.

A técnica utilizada explora o fato de que o gás gira mais rápido quanto mais próximo estiver do buraco negro. Ao analisar as linhas de hidrogênio com o espectrógrafo do JWST, os astrônomos reconstruíram a curva de rotação. Isso permitiu estimar a massa do buraco negro em aproximadamente 50 milhões de sóis .

Entretanto, a massa total das estrelas da galáxia hospedeira foi estimada em menos de 20 milhões de massas solares. O buraco negro, portanto, tem mais do que o dobro da massa da sua galáxia. É o buraco negro "nu" mais massivo já observado, indicando que ele cresceu antes da formação da sua galáxia. 

Essa observação contradiz o cenário padrão, no qual buracos negros e galáxias crescem juntos. O buraco negro do QSO1 pode ter se formado através do colapso direto de uma nuvem de gás primordial, ou ser um buraco negro primordial nascido logo após o Big Bang . Os dados atuais não nos permitem determinar isso. 

Os pesquisadores planejam estudar outros "pequenos pontos vermelhos" para verificar se esse fenômeno é generalizado. Essa descoberta oferece uma nova perspectiva sobre a formação dos primeiros buracos negros supermassivos do Universo e pode explicar como eles atingiram massas tão elevadas tão rapidamente.

Ampliação gravitacional

Esse fenômeno ocorre quando um objeto massivo, como um aglomerado de galáxias, distorce o espaço-tempo ao seu redor. A luz de uma fonte mais distante é então curvada e ampliada, como se passasse por uma lente de aumento. No caso do QSO1, o aglomerado Abell 2744 aumentou seu brilho em seis vezes e distorceu sua imagem. Isso permitiu que os astrônomos detectassem detalhes minuciosos que o telescópio não teria conseguido observar de outra forma. A ampliação gravitacional é uma ferramenta natural valiosa para observar os objetos mais distantes do Universo. 

Essa técnica possibilita sondar regiões inacessíveis de outra maneira. Combinando diversas imagens distorcidas, os pesquisadores podem reconstruir a estrutura da fonte. Neste estudo, a ampliação foi essencial para medir a rotação do gás ao redor do buraco negro.

Sem esse fenômeno, a resolução do JWST não teria sido suficiente para distinguir os movimentos internos do QSO1.

Espectroastrometria

Este método permite medir pequenas variações na posição de uma fonte de luz em diferentes comprimentos de onda. Quando o gás orbita um buraco negro, as linhas espectrais deslocam-se para o vermelho ou para o azul, dependendo se o gás está se afastando ou se aproximando de nós. Ao analisar esses deslocamentos na imagem, podemos mapear a velocidade do gás a diferentes distâncias do centro.

A espectroastrometria leva a resolução dos telescópios ao limite. Neste caso, permitiu-nos reconstruir a curva de rotação do gás.

Apenas um modelo com um buraco negro muito massivo correspondeu às observações. Esta técnica, portanto, proporcionou a primeira medição direta da massa de um buraco negro em um "pequeno ponto vermelho". Ela abre caminho para outros estudos semelhantes no Universo primordial.

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