Buraco negro raro com 1 bilhão de vezes a massa do Sol pode mudar nossa compreensão da formação de galáxias

 A descoberta de um buraco negro primordial oculto, que se formou apenas 750 milhões de anos após o Big Bang, sugere que ele pode ser a "ponta do iceberg" dos monstros cósmicos escondidos no início do universo.

Uma ilustração de um quasar, do qual o novo buraco negro é uma forma primitiva. Imagem via NASA

Um raro buraco negro supermassivo encontrado escondido no início do universo pode indicar que havia milhares de monstros vorazes perseguindo o cosmos primitivo antes do que os cientistas pensavam – e os astrônomos não sabem ao certo por quê.

O buraco negro primordial tem cerca de 1 bilhão de vezes a massa do nosso sol e foi encontrado no centro da galáxia COS-87259. A antiga galáxia se formou apenas 750 milhões de anos após o Big Bang e foi detectada pelo Atacama Large Millimeter Array (ALMA), um observatório de rádio no Chile, em um pequeno pedaço do céu com menos de 10 vezes o tamanho da lua cheia.

Oculto sob um manto de poeira estelar turbulenta, o buraco negro em rápido crescimento foi visto consumindo parte de seu disco de acreção de matéria em órbita enquanto expelia as sobras em um jato viajando próximo à velocidade da luz. O buraco negro monstruoso parece estar em um raro estágio intermediário de crescimento, em algum lugar entre uma galáxia empoeirada e formadora de estrelas e um enorme buraco negro brilhante chamado quasar.

E o gigante cósmico pode ser apenas um dos milhares de buracos negros inexplicavelmente grandes à espreita sob a cobertura de nuvens do universo primitivo, sugerem os pesquisadores. Eles publicaram sua descoberta em 24 de fevereiro na revista Monthly Notices of The Royal Astronomical Society .

“Francamente, explicar a existência de cerca de 15 quasares luminosos muito antigos [do mesmo período de COS-87259] foi um grande desafio para a astronomia extragaláctica, dado o curto espaço de tempo necessário para o crescimento de um buraco negro tão maciço desde o Big Bang. “, disse o principal autor do estudo, Ryan Endsley , um astrônomo da Universidade do Texas, em Austin, ao Live Science.

“Se os primeiros buracos negros de bilhões de massas solares são milhares de vezes mais comuns do que pensávamos originalmente (como implícito em nossa descoberta, a menos que você assuma que tivemos uma sorte incrível), isso apenas agrava ainda mais o problema”.

Um quasar lança um jato de vento quente e radioativo no cosmos. Imagem via NASA 

Um mistério supermassivo 

Os buracos negros nascem do colapso de estrelas gigantes e crescem consumindo incessantemente gás, poeira, estrelas e outros buracos negros nas galáxias formadoras de estrelas que os contêm. Se eles crescerem o suficiente, a fricção faz com que o material espiralando nas entranhas dos buracos negros aqueça, e eles se transformam em quasares – derramando seus casulos gasosos com explosões de luz até um trilhão de vezes mais luminosas do que as estrelas mais brilhantes.

Como a luz viaja a uma velocidade fixa através do vácuo do espaço, quanto mais fundo os cientistas olham para o universo, mais luz remota eles interceptam e mais para trás no tempo eles veem. Simulações anteriores do “amanhecer cósmico” – a época que abrange os primeiros bilhões de anos do universo – sugeriram que nuvens ondulantes de gás frio podem ter se aglutinado em estrelas gigantes que estavam fadadas a entrar em colapso rapidamente, criando buracos negros. À medida que o universo crescia, esses primeiros buracos negros podem ter se fundido rapidamente com outros para semear buracos negros supermassivos ainda maiores em todo o cosmos.

Mas como essas condições caóticas levaram à criação de tantos buracos negros supermassivos é um mistério; um que é aprofundado pela possibilidade de que as bestas poderiam ter contado aos milhares quando o universo atingiu apenas 5% de sua idade atual. Um artigo de revisão sugeriu que quasares grandes e brilhantes são os buracos negros mais fáceis de detectar, então provavelmente são apenas a “ponta do iceberg” dos monstros escondidos no jovem cosmos.

A resposta a esse enigma pode apontar para um buraco em nossa compreensão da formação de galáxias no início do universo. Em 22 de fevereiro, outro grupo de astrônomos analisando dados do Telescópio Espacial James Webb descobriu um grupo de seis galáxias gigantescas – com idades entre 500 e 700 milhões de anos após o Big Bang – que eram tão massivas que estavam em tensão com 99% de modelos cosmológicos.

Uma possível explicação pode estar na quantidade e atividade frenética das densas nuvens “starburst” onde os primeiros buracos negros se originaram. Por exemplo, em abril de 2022, a descoberta de outro buraco negro em transição e crescimento rápido chamado GNz7q em uma galáxia starburst da mesma idade que COS-87259 mostrou que a galáxia estava servindo estrelas recém-assadas 1.600 vezes mais rápido do que a Via Láctea hoje. COS-87259 cozinha a uma taxa ligeiramente mais lenta de 1.000 vezes a atual Via Láctea, mas seu buraco negro é 20 vezes mais massivo e brilhante que GNz7q.

“A descoberta de COS-87259 e GNz7q no ano passado foi super surpreendente e realmente nos leva a perguntar como podemos entender isso do ponto de vista da compreensão do crescimento inicial de buracos negros supermassivos”, disse Endsley.

Fonte: Terra Rara