Observações do ESO revelam o "café da manhã" de buracos negros no Amanhecer Cósmico

Com o auxílio do Very Large Telescope do ESO, os astrônomos observaram reservatórios de gás frio em torno de algumas das primeiras galáxias do Universo. Estes halos de gás são o “alimento” perfeito dos buracos negros supermassivos situados no centro destas galáxias, que agora são vistas como eram há mais de 12,5 bilhões de anos. Este depósito de “comida” pode muito bem explicar como é que estes monstros cósmicos cresceram tão depressa durante um período da história do Universo conhecido por Amanhecer Cósmico.

“Podemos demonstrar pela primeira vez que as galáxias primordiais dispõem de “alimento” suficiente nas suas vizinhanças para conseguirem fazer com que os buracos negros supermassivos nos seus centros cresçam ao mesmo tempo que mantêm uma intensa formação estelar,” diz Emanuele Paolo Farina, do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, na Alemanha, que liderou o trabalho de pesquisa publicado hoje no The Astrophysical Journal. “Isso adiciona uma peça fundamental ao quebra-cabeça que os astrônomos estão construindo para imaginar como as estruturas cósmicas se formaram há mais de 12 bilhões de anos.”

Os astrônomos se perguntavam como é que os buracos negros supermassivos conseguiam crescer tanto tão cedo na história do Universo. “A presença destes monstros primordiais, com massas de vários bilhões de vezes a massa do nosso Sol, constituía um mistério,” diz Farina, também afiliado ao Instituto Max Planck de Astrofísica em Garching bei München, na Alemanha.

 Isso significa que os primeiros buracos negros, que podem ter se formado a partir do colapso das primeiras estrelas, devem ter crescido muito rapidamente. No entanto, até agora, os astrônomos não tinham descoberto “comida de buraco negro” — ou seja, gás e poeira — em quantidades grandes o suficiente para explicar esse rápido crescimento.

Para complicar ainda mais a situação, observações obtidas anteriormente com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) revelaram uma enorme quantidade de poeira e gás nestas galáxias primordiais, mas que parecia desencadear essencialmente formação estelar muito intensa, sugerindo que poderia restar muito pouco material para alimentar um buraco negro.

Para desvendar este mistério, Farina e colegas usaram o instrumento MUSE montado no Very Large Telescope do ESO (VLT), instalado no deserto chileno do Atacama, para estudar quasares — objetos extremamente luminosos situados no centro de galáxias massivas e alimentados por buracos negros supermassivos. Este estudo observou 31 quasares vistos tal como eram a mais de 12,5 bilhões de anos atrás, numa época em que o Universo era ainda muito jovem, com apenas 870 milhões de anos de idade. Esta é uma das maiores amostras de quasares desde o início da história do Universo a ser pesquisada.

Os astrônomos descobriram que 12 destes quasares se encontram rodeados  por enormes reservatórios de gás: halos de hidrogênio denso e frio que se estendem até 100 000 anos-luz de distância dos buracos negros centrais, com bilhões de vezes a massa do Sol. A equipe, da Alemanha, EUA, Itália e Chile, também descobriu que esses halos de gás estavam fortemente ligados às galáxias, fornecendo a fonte de "alimento" perfeita para sustentar o crescimento de buracos negros supermassivos e uma intensa formação estelar.

Este trabalho foi possível graças à extrema sensibilidade do instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) montado no VLT do ESO, o qual Farina descreve como “decisivo” no estudo de quasares. “Com apenas algumas horas de observação por alvo, conseguimos investigar os arredores dos maiores e mais esfomeados buracos negros presentes no Universo primordial,” acrescenta Farina.

Apesar dos quasares serem muito brilhantes, os reservatórios de gás que os circundam são muito mais difíceis de observar. Ainda assim, o MUSE conseguiu detectar o brilho tênue do hidrogênio gasoso nos halos, permitindo aos astrônomos descobrir finalmente estes depósitos de “comida” que alimentavam os buracos negros supermassivos no Universo primitivo.

Num futuro próximo, o Extremely Large Telescope (ELT) do ESO ajudará os cientistas a revelar ainda mais detalhes sobre as galáxias e os buracos negros supermassivos nos primeiros dois bilhões de anos após o Big Bang. “Com o ELT poderemos observar ainda mais profundamente o Universo primordial e descobrir muitas mais destas nebulosas de gás,” conclui Farina.

Fonte: ESO