Telescópio Espacial James Webb encontra buraco negro supermassivo ‘extremamente vermelho’ em crescimento no início do universo

Através das observações realizadas pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST), uma equipe internacional de astrônomos conseguiu identificar um buraco negro supermassivo de cor “extremamente vermelha”, em fase de crescimento, situado nas profundezas do universo primitivo. 

Robert Lea

Este buraco negro gigantesco, observado como ele era aproximadamente 700 milhões de anos após o Big Bang, apresenta uma tonalidade vermelha. Tal característica é resultado da expansão contínua do universo, um fenômeno que altera a luz que nos chega, num processo conhecido como “desvio para o vermelho” ou “redshift”. Neste caso específico, a luz desviada para o vermelho sugere que o buraco negro está envolto em uma espessa camada de gás e poeira.

A equipe, liderada por Lukas Furtak e Adi Zitrin da Universidade Ben-Gurion do Negev, analisou detalhadamente os dados fornecidos pelo JWST. Eles descobriram que o buraco negro possui uma massa surpreendentemente grande, cerca de 40 milhões de vezes maior que a do Sol, o que é considerável, principalmente quando comparado à galáxia que o hospeda.

Além disso, foi observado que este buraco negro supermassivo, localizado a cerca de 12,9 bilhões de anos-luz da Terra, está em um processo acelerado de consumo de gás e poeira ao seu redor, contribuindo assim para seu crescimento contínuo.

Furtak expressou sua empolgação ao receber os primeiros dados do JWST. Ao examinar as informações do programa UNCOVER, a equipe notou três objetos compactos e de cor vermelha intensa, que foram prontamente identificados como possíveis objetos quasar-like, devido à sua aparência de “pontos vermelhos”.

Um diagrama mostra como a luz de um objeto de fundo é curvada por um corpo em primeiro plano. (Crédito da imagem: NASA, ESA & L. Calçada)

Estes ‘três pontos vermelhos’ indicam a presença de quasares. Os quasares se formam quando quantidades imensas de matéria circundam buracos negros supermassivos, criando um disco de acreção. Esse disco alimenta gradualmente o buraco negro e, devido à forte atração gravitacional, aquece a matéria ao ponto de ela emitir luz.

Adicionalmente, a matéria que não é absorvida pelo buraco negro é direcionada para os polos do gigante cósmico. Lá, as partículas são aceleradas a velocidades próximas à da luz, formando jatos altamente colimados. Estes jatos emitem radiações eletromagnéticas intensas.

Os quasares são tão luminosos que muitas vezes ofuscam todas as estrelas de suas galáxias hospedeiras combinadas, devido aos altos níveis de radiação emitida por esses processos.

A radiação específica emitida por este buraco negro supermassivo lhe conferiu uma aparência pontual nos dados do JWST. Rachel Bezanson, da Universidade de Pittsburgh e co-líder do programa UNCOVER, observou que as cores do objeto não correspondiam às de galáxias típicas de formação estelar, reforçando a hipótese de um buraco negro supermassivo.

Esse quasar primitivo não teria sido visível para as capacidades infravermelhas do JWST sem a ajuda da lente gravitacional, um fenômeno previsto por Albert Einstein em 1915. De acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, objetos massivos distorcem o espaço-tempo, causando gravidade. Esta distorção também dobra o caminho da luz que passa perto desses objetos maciços. Este efeito, conhecido como lente gravitacional, pode fazer com que objetos de fundo apareçam em múltiplos lugares ou sejam ampliados no céu.

Uma representação artística de um buraco negro supermassivo e seu poderoso jato. Os astrônomos querem saber como esses objetos alcançaram massas tremendas no universo primordial. (Crédito da imagem: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF))

Neste caso, o JWST utilizou o aglomerado de galáxias Abell 2744 como uma lente para amplificar a luz de galáxias distantes, revelando o quasar extremamente vermelho. Zitrin mencionou que um modelo numérico de lente para o aglomerado de galáxias mostrou que os três pontos vermelhos eram imagens múltiplas da mesma fonte, de quando o universo tinha apenas 700 milhões de anos.

Análises adicionais indicaram que a luz se originava de uma região compacta, conforme descrito por Jenny Greene, da Universidade de Princeton, membro da equipe. A ampliação proporcionada pela lente gravitacional forneceu limites precisos sobre o tamanho da fonte, levando à conclusão de que o buraco negro representa pelo menos 1% da massa total do sistema.

Esta descoberta traz novas questões sobre o crescimento inicial de buracos negros supermassivos e sua relação com suas galáxias hospedeiras. Greene apontou que comportamentos semelhantes foram observados em outros buracos negros supermassivos do universo primitivo, sugerindo uma interação complexa entre buracos negros e galáxias que ainda não é totalmente compreendida.

A detecção pelo JWST de numerosos “pequenos pontos vermelhos” ao longo do tempo sugere a possibilidade de resolver o mistério do crescimento dos buracos negros no universo primitivo. Zitrin comparou isso à versão astrofísica do problema do ovo e da galinha, com perguntas não respondidas sobre a massa inicial desses buracos negros e seus processos de crescimento.

Os resultados da equipe foram publicados em 14 de fevereiro na revista Nature

Fonte: hypescience.com