Buraco negro supermassivo devora 40x mais rápido do que o esperado

Um buraco negro supermassivo de baixa massa parece estar consumindo matéria em mais de 40 vezes o limite teórico.

Esta ilustração artística mostra um buraco negro que se alimenta rapidamente e que está emitindo poderosos fluxos de gás. Usando dados do JWST da NASA e do Observatório de Raios X Chandra, uma equipe de astrônomos do US National Science Foundation NOIRLab descobriu este buraco negro de baixa massa no centro de uma galáxia apenas 1,5 bilhão de anos após o Big Bang. Ele está acumulando matéria a uma taxa fenomenal — mais de 40 vezes o limite teórico. Embora de curta duração, o "banquete" deste buraco negro pode ajudar os astrônomos a explicar como buracos negros supermassivos cresceram tão rapidamente no início do Universo. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani 

Astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb descobriram LID-568, um buraco negro supermassivo se alimentando a uma taxa 40 vezes maior que seu limite de Eddington, visto apenas 1,5 bilhão de anos após o Big Bang . Esta observação excepcional forneceu novos insights sobre o crescimento do buraco negro a partir de 'sementes' iniciais e desafia as teorias atuais com sua rápida taxa de acreção e poderosos fluxos de saída.

Buracos negros supermassivos são encontrados no centro da maioria das galáxias, e telescópios modernos começaram a observá-los surpreendentemente cedo na história do Universo. Entender como esses buracos negros cresceram tanto tão rapidamente tem sido um grande desafio.

No entanto, astrônomos descobriram recentemente um buraco negro supermassivo de baixa massa consumindo rapidamente o material ao redor apenas 1,5 bilhão de anos após o Big Bang, oferecendo novas pistas sobre como os buracos negros no Universo primitivo poderiam ter crescido tão rápido.

Descobrindo LID-568

O buraco negro, chamado LID-568, foi identificado por uma equipe internacional de astrônomos liderada por Hyewon Suh do Observatório Internacional Gemini/NSF NOIRLab . Usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST), a equipe estudou um grupo de galáxias selecionadas da pesquisa COSMOS Legacy do Observatório de Raios X Chandra.

Embora essas galáxias sejam extremamente brilhantes em raios X, elas permanecem invisíveis na luz óptica e infravermelha próxima. Graças à sensibilidade infravermelha excepcional do JWST, os astrônomos puderam detectar emissões fracas dessas galáxias, incluindo a recém-descoberta LID-568.

O LID-568 se destacou na amostra por sua intensa emissão de raios X, mas sua posição exata não pôde ser determinada somente pelas observações de raios X, levantando preocupações sobre a centralização adequada do alvo no campo de visão do JWST.

Então, em vez de usar a espectroscopia de fenda tradicional , os cientistas de suporte de instrumentação do JWST sugeriram que a equipe de Suh usasse o espectrógrafo de campo integral no NIRSpec do JWST . Este instrumento pode obter um espectro para cada pixel no campo de visão do instrumento em vez de ser limitado a uma fatia estreita.

Esta ilustração artística mostra uma galáxia anã vermelha do Universo inicial que hospeda um buraco negro que se alimenta rapidamente em seu centro. Usando dados do JWST da NASA e do Observatório de raios X Chandra, uma equipe de astrônomos do US National Science Foundation NOIRLab descobriu este buraco negro de baixa massa no centro de uma galáxia apenas 1,5 bilhão de anos após o Big Bang. Ele está acumulando matéria a uma taxa fenomenal — mais de 40 vezes o limite teórico. Embora de curta duração, o "banquete" deste buraco negro pode ajudar os astrônomos a explicar como buracos negros supermassivos cresceram tão rapidamente no Universo inicial. Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani

Avanço na pesquisa sobre buracos negros

“Devido à sua natureza tênue, a detecção de LID-568 seria impossível sem o JWST. Usar o espectrógrafo de campo integral foi inovador e necessário para obter nossa observação”, diz Emanuele Farina, astrônomo do Observatório Internacional Gemini/NSF NOIRLab e coautor do artigo que aparece hoje (4 de novembro) na Nature Astronomy .

O NIRSpec do JWST permitiu que a equipe tivesse uma visão completa do alvo e da região ao redor, levando à descoberta inesperada de poderosos fluxos de gás ao redor do buraco negro central. A velocidade e o tamanho desses fluxos levaram a equipe a inferir que uma fração substancial do crescimento de massa do LID-568 pode ter ocorrido em um único episódio de rápida acreção. "Este resultado fortuito adicionou uma nova dimensão à nossa compreensão do sistema e abriu caminhos interessantes para investigação", diz Suh.

Alimentando além dos limites

Em uma descoberta impressionante, Suh e sua equipe descobriram que LID-568 parece estar se alimentando de matéria a uma taxa 40 vezes maior que seu limite de Eddington . Esse limite se relaciona à luminosidade máxima que um buraco negro pode atingir, bem como à rapidez com que ele pode absorver matéria, de modo que sua força gravitacional interna e pressão externa gerada pelo calor da matéria comprimida e em queda permaneçam em equilíbrio.

Quando a luminosidade de LID-568 foi calculada como sendo muito maior do que o teoricamente possível, a equipe sabia que tinha algo notável em seus dados.

“Este buraco negro está tendo um banquete”, diz a astrônoma e coautora do Observatório Internacional Gemini/NSF NOIRLab Julia Scharwächter. “Este caso extremo mostra que um mecanismo de alimentação rápida acima do limite de Eddington é uma das explicações possíveis para o motivo de vermos esses buracos negros muito pesados ​​tão cedo no Universo.”

Esses resultados fornecem novos insights sobre a formação de buracos negros supermassivos a partir de 'sementes' de buracos negros menores, que as teorias atuais sugerem que surgem da morte das primeiras estrelas do Universo (sementes leves) ou do colapso direto de nuvens de gás (sementes pesadas). Até agora, essas teorias careciam de confirmação observacional.

"A descoberta de um buraco negro de acreção super-Eddington sugere que uma porção significativa do crescimento de massa pode ocorrer durante um único episódio de alimentação rápida, independentemente de o buraco negro ter se originado de uma semente leve ou pesada", diz Suh.

A descoberta do LID-568 também mostra que é possível que um buraco negro exceda seu limite de Eddington, e fornece a primeira oportunidade para os astrônomos estudarem como isso acontece. É possível que os poderosos fluxos observados no LID-568 possam estar agindo como uma válvula de escape para o excesso de energia gerado pela acreção extrema, impedindo que o sistema se torne muito instável. Para investigar melhor os mecanismos em jogo, a equipe está planejando observações de acompanhamento com o JWST.

Fonte: Scitechdaily.com