Telescópio James Webb descobre quasares onde eles não deveriam existir

Astrônomos usaram o Telescópio Espacial James Webb para detectar antigos quasares solitários de origem misteriosa. Eles parecem ter poucos “vizinhos” cósmicos, o que levanta dúvidas sobre como surgiram mais de 13 bilhões de anos atrás.

Esta imagem, tirada pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA, mostra um quasar antigo (circulado em vermelho) com menos galáxias vizinhas do que o esperado (manchas brilhantes), desafiando a compreensão dos físicos sobre como os primeiros quasares e buracos negros supermassivos se formaram. Crédito: Christina Eilers/Equipe EIGER 

Um quasar é uma região extremamente brilhante no centro de uma galáxia, alimentada por um buraco negro supermassivo. Esse buraco negro atrai gás e poeira ao seu redor, liberando uma enorme quantidade de energia, o que torna os quasares alguns dos objetos mais luminosos do universo. Quasares foram detectados desde poucos milhões de anos após o Big Bang, e isso levanta a questão de como eles poderiam ter se tornado tão massivos e brilhantes em tão pouco tempo cósmico.

Os cientistas sugerem que os primeiros quasares se formaram em áreas com uma concentração muito alta de matéria primordial, o que provavelmente também gerou galáxias menores nas proximidades. Porém, um estudo recente, liderado pelo MIT, revelou que alguns desses antigos quasares parecem existir isolados, sem os ambientes galácticos densos esperados no início do universo.

Observações Com o Telescópio Espacial James Webb:

Os astrônomos usaram o Telescópio Espacial James Webb (James Webb) da NASA para olhar para o passado, mais de 13 bilhões de anos atrás, e estudar o entorno cósmico de cinco quasares antigos conhecidos. Eles encontraram uma variedade surpreendente nos “campos” desses quasares, ou seja, nas suas vizinhanças. Enquanto alguns quasares estão em áreas muito cheias, com mais de 50 galáxias vizinhas, como os modelos previam, outros parecem vagar em “vazios”, com apenas algumas galáxias dispersas ao redor.

Esses quasares solitários desafiam o entendimento dos físicos sobre como objetos tão luminosos poderiam ter se formado tão cedo no universo, sem uma fonte significativa de matéria ao redor para alimentar o crescimento do buraco negro.

O Isolamento dos Quasares Antigos:

“Contrário ao que se acreditava, descobrimos que, em média, esses quasares não estão necessariamente nas regiões mais densas do universo primitivo. Alguns deles parecem estar no meio do nada,” diz Anna-Christina Eilers, professora assistente de física no MIT. “É difícil explicar como esses quasares puderam crescer tanto se não parecem ter nada para ‘se alimentar’.”

Há a possibilidade de que esses quasares não sejam tão solitários quanto parecem, mas estejam cercados por galáxias cobertas por poeira, o que as tornaria invisíveis. Eilers e seus colegas esperam ajustar suas observações para tentar ver através dessa poeira cósmica e entender como os quasares cresceram tão rapidamente no início do universo.

Descobertas do Espaço Profundo:

Os cinco quasares observados recentemente estão entre os mais antigos já vistos. Com mais de 13 bilhões de anos, acredita-se que eles se formaram entre 600 e 700 milhões de anos após o Big Bang. Os buracos negros supermassivos que alimentam esses quasares são bilhões de vezes mais massivos que o Sol e mais de um trilhão de vezes mais brilhantes. Devido à sua luminosidade extrema, a luz de cada quasar viajou por todo esse tempo até alcançar os detectores sensíveis do James Webb hoje.

“É incrível que agora tenhamos um telescópio que possa capturar a luz de 13 bilhões de anos atrás com tanto detalhe,? diz Eilers. “Pela primeira vez, o James Webb nos permitiu ver o ambiente desses quasares, onde cresceram e como era a vizinhança deles.”

Variações no Ambiente dos Quasares

A equipe analisou imagens dos cinco quasares antigos feitas pelo James Webb entre agosto de 2022 e junho de 2023. As observações de cada quasar foram compostas por múltiplas imagens parciais, que foram “costuradas? para produzir uma visão completa do entorno de cada quasar.

O telescópio também mediu a luz em vários comprimentos de onda em torno dos quasares, e a equipe processou essas informações para identificar se uma galáxia estava próxima e a que distância ela estava do quasar central, muito mais luminoso.

“Nós descobrimos que a única diferença entre esses cinco quasares é que seus ambientes são muito diferentes,? diz Eilers. “Por exemplo, um quasar tem quase 50 galáxias ao seu redor, enquanto outro tem apenas duas. E ambos estão no mesmo tamanho, volume, brilho e tempo do universo. Isso foi muito surpreendente de ver.”

Desafiando o Modelo Padrão:

A diferença nos campos dos quasares introduz um problema no modelo padrão de crescimento de buracos negros e formação de galáxias. Segundo os físicos, os primeiros objetos do universo teriam se formado em uma espécie de “teia cósmica? de matéria escura, que atraiu gás e poeira. Nas regiões mais densas dessa teia, a matéria se acumulou, formando objetos massivos como os quasares.

“A teia cósmica de matéria escura é uma previsão sólida do nosso modelo cosmológico do universo,” diz Elia Pizzati, coautor do estudo. “Ao comparar nossas observações com simulações, podemos determinar onde os quasares estão localizados na teia cósmica.”

Os cientistas estimam que os quasares precisariam crescer de forma contínua e muito rápida para atingir a massa e luminosidade extremas que observamos, menos de 1 bilhão de anos após o Big Bang.

Implicações dos Quasares Isolados:

“A principal questão que estamos tentando responder é: como esses buracos negros de bilhões de massas solares se formam em um momento em que o universo ainda é muito jovem? Ainda está na sua ‘infância’,” diz Eilers.

Os resultados da equipe podem levantar mais perguntas do que respostas. Os quasares “solitários” parecem estar em regiões relativamente vazias do espaço. Se os modelos cosmológicos dos físicos estiverem corretos, essas áreas sem galáxias indicam pouca matéria escura, ou seja, pouco material inicial para formar estrelas e galáxias. Como então esses quasares tão brilhantes e massivos se formaram”

“Nossos resultados mostram que ainda falta uma parte importante do quebra-cabeça para entender como esses buracos negros supermassivos crescem,” diz Eilers. “Se não há material suficiente ao redor para alguns quasares crescerem continuamente, isso significa que deve haver outra forma de crescimento que ainda não descobrimos.”

Fonte: scitechdaily.com