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

O buraco negro primordial oculto se formou apenas 750 milhões de anos após o Big Bang e pode ser a "ponta do iceberg".

Uma ilustração de um quasar, do qual o novo buraco negro é uma forma primitiva, explodindo um jato de vento quente e radioativo no cosmos. (Crédito da imagem: ESO/M. Kornmesser) 

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

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 formou-se apenas 750 milhões de anos após o Big Bang e foi avistada pelo Atacama Large Millimeter Array (ALMA), um observatório de rádio no Chile, num pequeno pedaço de céu com menos de 10 vezes o tamanho da lua cheia.

Obscurecido 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 que viajava perto da velocidade da luz. O monstruoso buraco negro 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 brilhantemente brilhante chamado quasar.

E o gigante cósmico poderia 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(abre em nova aba).

"Francamente, explicar a existência de cerca de 15 quasares luminosos muito antigos [do mesmo período de tempo que o COS-87259] foi um grande desafio para a astronomia extragaláctica, dado o quão curto de tempo há para crescer um buraco negro tão massivo desde o Big Bang", disse o principal autor do estudo, Ryan Endsley.(abre em nova aba), disse um astrônomo da Universidade do Texas, em Austin, à 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 exacerba ainda mais o problema."

Um mistério supermassivo

Os buracos negros nascem do colapso de estrelas gigantes e crescem devorando incessantemente gás, poeira, estrelas e outros buracos negros nas galáxias formadoras de estrelas que os contêm. Se eles crescerem o suficiente, o atrito faz com que o material em espiral nas bocas 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 profundamente os cientistas olham para o universo, mais luz remota eles interceptam e mais para trás no tempo.(abre em nova aba) 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.(abre em nova aba) que estavam condenados a entrar em colapso rápido, 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; uma que é aprofundada pela possibilidade de que as bestas poderiam ter chegado aos milhares quando o universo atingiu apenas 5% de sua idade atual. Um artigo de revisão(abre em nova aba) sugeriu que quasares grandes e brilhantes são os buracos negros mais fáceis de detectar, então eles provavelmente são apenas a "ponta do iceberg" dos monstros escondidos no jovem cosmos.

A resposta a este enigma poderia apontar para um buraco na nossa compreensão da formação de galáxias no início do universo. Em 22 de fevereiro, outro grupo de astrônomos que analisaram 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% dos modelos cosmológicos.(abre em nova aba).

Uma possível explicação pode estar na quantidade e atividade frenética das densas nuvens de "explosão de estrelas" onde os primeiros buracos negros surgiram. Por exemplo, em abril de 2022, a descoberta de outro buraco negro em rápida evolução e transição(abre em nova aba) A chamada GNz7q em uma galáxia starburst da mesma idade que a COS-87259 mostrou que a galáxia estava servindo estrelas recém-assadas 1.600 vezes mais rápido do que a Via Láctea faz hoje. O 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 o GNz7q.

"A descoberta do 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 muito precoce de buracos negros supermassivos", disse Endsley.

Fonte: space.com