Desvendando as eras sombrias do universo: como a variação extrema de um quasar pode mudar a história cósmica

Astrônomos identificaram um quasar que pode ajudar a explicar como as “eras sombrias” do universo finalmente terminaram 

Imagem via NASA

Os astrônomos descobriram um quasar distante e rapidamente brilhante com um jato potente direcionado para a Terra, oferecendo uma visão rara da evolução do universo primitivo. A variabilidade extrema desse quasar, detectada por telescópios de raios X, lança luz sobre como alguns buracos negros supermassivos cresceram tão rapidamente nos primeiros bilhões de anos após o Big Bang. Essas descobertas podem ajudar a resolver mistérios de longa data sobre as “eras sombrias” do universo e o papel dos buracos negros na reionização.

Descoberta de um Quasar Extraordinário

Uma equipe de astrônomos liderada pela Yale descobriu um quasar que rapidamente brilha e escurece, o que poderia fornecer novos insights sobre como alguns objetos no universo primitivo cresceram a um ritmo excepcionalmente rápido.

Conceito artístico da NuSTAR em órbita. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Anunciado em 14 de janeiro, durante a reunião de inverno da Sociedade Astronômica Americana, este quasar é o objeto mais distante já detectado pelo telescópio espacial de raios X NuSTAR da NASA, que foi lançado em 2012. Ele também é um dos quasares mais variáveis já observados, significando que seu brilho muda significativamente ao longo do tempo.

“Este trabalho descobriu que este quasar muito provavelmente é um buraco negro supermassivo com um jato apontado para a Terra – e estamos observando isso nos primeiros bilhões de anos do universo,” disse Lea Marcotulli, pesquisadora de pós-doutorado em astrofísica na Yale e autora principal de um novo estudo publicado em 14 de janeiro no Astrophysical Journal Letters.

Entendendo Quasares e Sua Importância

Os quasares são entre os objetos mais antigos e brilhantes do universo. Formados a partir de núcleos galácticos ativos (AGN) – áreas no centro das galáxias onde um buraco negro está atraindo matéria – os quasares emitem radiação eletromagnética que pode ser detectada em ondas de rádio, infravermelho, visível, ultravioleta, raio X e gama. Esta “visibilidade” tornou os quasares úteis para tentar entender a estrutura e a evolução do cosmos.

Por exemplo, astrônomos olham para os quasares para estudar a reionização, um período de menos de um bilhão de anos após o Big Bang, quando átomos de hidrogênio neutro se tornaram carregados e a primeira geração de estrelas iluminou o universo.

“A época da reionização é considerada o fim das eras sombrias do universo,” disse Thomas Connor, astrônomo no Centro de Raios X Chandra e co-autor correspondente do estudo. “A linha do tempo precisa e a classe de fonte responsável pela reionização ainda são debatidas, e buracos negros supermassivos em acreção ativa são uma das causas propostas.”

Variabilidade Extrema e Efeitos da Relatividade Especial

Para o estudo, os pesquisadores compararam observações do NuSTAR de um quasar distante – designado J1429+5447 – com observações não relacionadas de quatro meses antes pelo telescópio de raios X Chandra. Os pesquisadores descobriram que as emissões de raios X do quasar haviam dobrado nesse curto período de tempo (devido aos efeitos relativísticos, os quatro meses na Terra correspondiam a apenas duas semanas para o quasar).

“Este nível de variabilidade de raios X, em termos de intensidade e rapidez, é extremo,” disse Meg Urry, Professora Israel Munson de Física e Astronomia na Faculdade de Artes e Ciências da Yale e co-autora do estudo. “Quase certamente é explicado por um jato apontado para nós – um cone no qual partículas são transportadas até um milhão de anos-luz de distância do buraco negro supermassivo central. Porque o jato se move quase na velocidade da luz, os efeitos da teoria da relatividade especial de Einstein aceleram e amplificam a variabilidade.”

Implicações para o Crescimento de Buracos Negros e Estudos Futuros

Os pesquisadores disseram que suas descobertas oferecem informações cruciais e muito necessárias para astrônomos que estudam a reionização. Isso também pode direcionar os astrônomos para outros candidatos a buracos negros supermassivos do universo primitivo.

“Encontrar mais buracos negros supermassivos que potencialmente hospedam jatos levanta a questão de como esses buracos negros cresceram tanto em um período tão curto e qual pode ser a conexão com mecanismos de ativação de jatos,” disse Marcotulli.

Terrarara.com.br