Buracos negros supermassivos brilham sob poeira no início do cosmos

No Universo atual, 13,8 bilhões de anos após o Big Bang, quase todas as galáxias abrigam buracos negros supermassivos em seus centros, com massas milhões de vezes maiores que a do Sol.

Buracos negros supermassivos com poeira no início do universo 

Astrônomos descobriram “buracos negros supermassivos envoltos em poeira” no início do universo, menos de um bilhão de anos após o Big Bang, um tipo de objeto não detectado anteriormente.

Uma equipe internacional de pesquisa, incluindo cientistas da Universidade de Ehime e do Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ), identificou pela primeira vez as galáxias candidatas com o Telescópio Subaru e depois confirmou com o Telescópio Espacial James Webb (JWST) que elas abrigam buracos negros supermassivos que brilham como quasares enquanto consomem a matéria circundante, disse o NAOJ em um comunicado.

Isso marca a primeira descoberta desses quasares ocultos, mas brilhantes, no universo primitivo, revelando que os quasares brilhantes eram pelo menos duas vezes mais comuns naquela época do que se pensava anteriormente. O estudo foi publicado no The Astrophysical Journal.

No Universo atual, 13,8 bilhões de anos após o Big Bang, quase todas as galáxias abrigam buracos negros supermassivos em seus centros, com massas milhões de vezes maiores que a do Sol. Esses buracos negros permanecem inativos a maior parte do tempo, mas à medida que a matéria circundante se acumula, eles emitem radiação intensa e se tornam objetos poderosos chamados quasares.

Acredita-se que a intensa radiação de um quasar afete significativamente o crescimento e a evolução de sua galáxia hospedeira ao expulsar gás de seu interior. Como as galáxias traçam a evolução do Universo visível, entender os buracos negros supermassivos é fundamental para decifrar como o Universo se formou na forma que vemos hoje.

Apesar do papel fundamental que os buracos negros supermassivos desempenham no universo, ainda há um mistério fundamental sobre como eles se formaram. Muitos buracos negros supermassivos já foram encontrados bilhões de anos após o Big Bang, o que implica que sua formação deve ter ocorrido ainda mais cedo. Por esse motivo, as buscas extensivas por quasares se concentraram na época inicial, às vezes chamada de “Aurora Cósmica”, quando o universo tinha menos de um bilhão de anos.

Uma pista importante para entender seu mecanismo de formação é sua densidade numérica, ou seja, o número de buracos negros supermassivos por unidade de volume de espaço. Se o número for alto, eles devem ter se formado com relativa frequência e amplitude, possivelmente como remanescentes de estrelas de primeira geração. Por outro lado, uma baixa densidade numérica sugeriria a formação sob condições especiais, como o colapso direto de objetos maciços devido à autogravidade, levando a buracos negros iniciais.

Buraco negro supermassivo

Quando um buraco negro supermassivo está ativo como um quasar, ele brilha tanto que pode ser detectado mesmo a grandes distâncias, o que corresponde a épocas anteriores do universo. Na luz do quasar, observamos uma “linha de emissão ampla”, ampliada pelo efeito Doppler do gás que orbita em alta velocidade ao redor do buraco negro central. A detecção de uma linha de emissão tão ampla é um sinal definitivo de um buraco negro supermassivo ativo em uma galáxia.

Trabalhos anteriores de grupos de pesquisa liderados por pesquisadores americanos e europeus usaram esse método para descobrir quasares no Cosmic Dawn. A equipe de pesquisa deste estudo juntou-se à iniciativa, usando o Telescópio Subaru, e descobriu mais de 200 quasares.

Entretanto, as pesquisas convencionais enfrentam limitações devido à tecnologia de observação: os quasares foram identificados usando como marcador a luz ultravioleta que eles emitem, que aparece como luz visível da Terra (veja a figura abaixo). A poeira absorve prontamente a luz ultravioleta, e muitas galáxias contêm uma quantidade considerável dela.

Quando um quasar reside em uma dessas galáxias, sua luz ultravioleta é amplamente absorvida e não chega até nós. Isso levou à suspeita de que os quasares descobertos em pesquisas convencionais representam apenas uma fração da população real e que muitos outros permanecem ocultos pela poeira.

Observação de quasares ocultos

A equipe de pesquisa concentrou-se nas galáxias mais luminosas descobertas no levantamento de área ampla Hyper Suprime-Cam no Telescópio Subaru (HSC-SSP). Essas galáxias foram inicialmente encontradas durante a busca por quasares, mas como nenhuma linha de emissão ampla foi detectada na época, elas não foram consideradas quasares.

Ainda assim, as indicações de uma poderosa fonte de energia levaram a equipe a suspeitar da possível presença de quasares ocultos por mais de 10 anos. O lançamento do JWST foi um ponto de virada. Pela primeira vez, a equipe conseguiu observar a luz visível dessas galáxias (que chega à Terra na forma de luz infravermelha), o que lhes permitiu ver através da poeira que bloquearia a luz ultravioleta.

As observações foram feitas com o espectrógrafo NIRSpec a bordo do JWST entre julho de 2023 e outubro de 2024, com foco em 11 das galáxias mais luminosas descobertas pelo Telescópio Subaru. Sete delas mostram claramente linhas de emissão amplas, uma indicação de um quasar. Isso confirma a presença de quasares envoltos em poeira. Esses são os primeiros quasares luminosos obscurecidos por poeira descobertos no Cosmic Dawn.

Msn.com