Um quasar surge cintilante na aurora cósmica.

 Astrônomos detectaram um quasar cintilante chamado J0439+1634, tal como ele surgiu apenas 850 milhões de anos após o Big Bang. Essa descoberta levanta novas questões sobre a formação e a atividade de buracos negros no Universo primordial. A luz intermitente desse farol cósmico distante mostrou que o buraco negro em seu núcleo possui um disco de acreção plano, em formato de panqueca. Esse formato é mais comum em quasares modernos, o que leva os astrônomos a se perguntarem como esses objetos se formaram tão rapidamente no cosmos primordial. 

Astrônomos do MIT e de outras instituições detectaram um quasar piscando desde o início do universo. Esta ilustração artística mostra um disco de acreção de quasar e um jato de material superaquecido sendo expelido para o espaço. Crédito: NASA/JPL-Caltech 

A descoberta representa o quasar cintilante mais antigo detectado até hoje, de acordo com Gene Leung, do Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT. "Embora muitos quasares tenham sido encontrados no alvorecer cósmico, esta é a primeira vez que realmente vemos um deles cintilar", disse ele.

J0439+1634 surgiu pela primeira vez em uma imagem do Telescópio Espacial Hubble (HST) de uma galáxia distante sendo afetada pela lente gravitacional de uma galáxia em primeiro plano. Essa imagem nos mostra como ela era há 12,8 bilhões de anos, pouco depois do Big Bang (há 13,8 bilhões de anos).

Buracos negros supermassivos ao longo do tempo

O quasar J0439+1634 possui um buraco negro supermassivo em seu núcleo, bilhões de vezes mais massivo que o nosso Sol. Essencialmente, ele é o motor que alimenta o quasar. O fato de ter um disco de acreção plano é intrigante, pois os astrônomos sempre acreditaram que tal estrutura indicava que o buraco negro havia se estabilizado em um estado relativamente quiescente. Buracos negros que estão apenas começando a se formar, como aqueles no início do universo, deveriam ser sistemas mais instáveis, com discos de acreção que parecem mais inchados e caóticos.

Um buraco negro ativo suga matéria do espaço circundante através de uma estrutura em forma de redemoinho contendo gás e poeira em alta temperatura. À medida que esse material cósmico se acumula e cai sobre o buraco negro, ele ilumina sua vizinhança, irradiando uma enorme quantidade de energia. Em muitos quasares, jatos de material energizado fluem pelo espaço.

A luminosidade desse material é o que vemos quando observamos um quasar. "Acho que isso sugere que todas as fases de crescimento caóticas e muito rápidas pelas quais esperamos que todos os buracos negros passem em algum momento acontecem muito, muito cedo, antes de os vermos como esses quasares luminosos muito brilhantes", diz Anna-Christina Eilers, professora assistente de física do MIT. "Essa é a imagem que está surgindo."

Além de iluminar as regiões próximas, a atividade do buraco negro pode afetar a formação de estrelas, bem como a forma da galáxia ao longo do tempo. "Sem buracos negros supermassivos, nenhuma galáxia teria a aparência que tem hoje", disse Eilers. "Os buracos negros desempenham um papel fundamental na formação da aparência dos ecossistemas galácticos." 

Identificando o pica-pau

Os astrônomos presumiam que as primeiras galáxias levariam cerca de um bilhão de anos para se estabilizarem em suas formas maduras. Se isso fosse verdade, ninguém esperaria encontrar buracos negros supermassivos em seus núcleos. Mas o Universo nem sempre se comporta bem com base em suposições. Observadores encontraram mais de 200 buracos negros supermassivos nos primeiros bilhões de anos do Universo. Eles aparecem como minúsculos pontos de luz extremamente brilhante, o que significa que estavam ativos e em crescimento.

À distância em que os quasares primordiais se encontram, é bastante difícil detectar algo além de sua luminosidade. Para ter uma ideia de como é o ambiente ao seu redor, é útil observar a cintilação da luz. Isso porque a cintilação de um quasar pode fornecer pistas sobre a atividade de seu disco de acreção.

Para detectar a cintilação em J0439+1634, a equipe teve que superar os desafios técnicos da distância e do desvio para o vermelho. Para identificar um quasar cintilante desde o alvorecer cósmico, a equipe precisava observar o Universo distante em comprimentos de onda mais vermelhos (devido ao alongamento da luz pela expansão do Universo). Eles buscaram especificamente no espectro infravermelho e em longos períodos de tempo, de muitos anos.

Recorreram aos dados da missão NEOWISE, que escaneou o céu por cerca de 14 anos. Após reprocessar os dados, os astrônomos encontraram a cintilação em J0439+1634. Com base em sua análise, a equipe científica estimou que J0439+1634 tem um brilho equivalente a 12 trilhões de sóis e cintila com um brilho de cerca de 2 trilhões de sóis. Eles também traçaram o formato do disco de acreção e descobriram que ele é muito semelhante ao de quasares mais "modernos".

“Isso fornece evidências diretas de que os mesmos processos de alimentação e estruturas observados no Universo próximo já estavam presentes em tempos muito primordiais, apesar de ambientes cósmicos muito diferentes, que nunca haviam sido vistos antes”, disse Eilers.

Adquirindo novos conhecimentos sobre o cosmos primitivo

Uma imagem do Webb de duas galáxias antigas e muito distantes. As galáxias estão localizadas a bilhões de anos-luz além do aglomerado Abell 2744 (que está atuando como lente gravitacional). A galáxia identificada como 1 é mostrada como era 450 milhões de anos após o Big Bang; a galáxia identificada como 2 aparece como era 350 milhões de anos após o Big Bang. Elas não estavam em sua forma final. Seria possível que buracos negros supermassivos estivessem se formando em seu interior, moldando sua evolução? Crédito: NASA, ESA, CSA, Tommaso Treu (UCLA); Processamento de imagem: Zoltan Levay (STScI)

Para colocar tudo em perspectiva, acredita-se que as primeiras galáxias começaram a se formar no primeiro bilhão de anos após o Big Bang. Hoje sabemos que um buraco negro supermassivo reside na maioria (se não em todas) as galáxias. No entanto, os astrônomos também acreditam que leva bilhões de anos para criar um buraco negro supermassivo. O surgimento de um buraco negro relativamente maduro em J0439+1634, numa época em que o Universo tinha apenas 850 milhões de anos, levanta muitas questões.

“Isso significa que algo aconteceu ainda antes, que levou esses sistemas a parecerem tão maduros”, acrescenta Leung. O que é esse “algo” ainda precisa ser estudado. Para isso, os astrônomos precisam olhar ainda mais para trás na história, para uma época em que a galáxia que abriga o quasar estava se formando. 

Universetoday.com