O telescópio espacial James Webb detecta um "grande ponto vermelho" no universo primordial: um buraco negro supermassivo voraz chamado "BiRD".

"O Telescópio Espacial James Webb abriu uma nova fronteira na astrofísica extragaláctica, revelando objetos cuja existência nem sequer suspeitávamos, e estamos apenas no começo desta aventura."

(Esquerda): Ilustração de um buraco negro supermassivo em processo de alimentação. (Direita): Os "pontos vermelhos" identificados na região do céu ao redor do quasar J1030. BiRD é o objeto no centro: ele se destaca dos outros pontos vermelhos por estar mais próximo e, portanto, ser mais brilhante (Crédito da imagem: F. Loiacono, NASA, ESA, CSA). 

Usando o Telescópio Espacial James Webb, astrônomos descobriram um buraco negro supermassivo voraz que existiu durante um período do cosmos chamado "meio-dia cósmico", ocorrido cerca de 4 bilhões de anos após o Big Bang. A descoberta pode lançar mais luz sobre o mistério de como os buracos negros supermassivos crescem a tamanhos milhões e até bilhões de vezes maiores que o Sol.

Este buraco negro faz parte de uma coleção de objetos que o Telescópio Espacial James Webb (JWST) vem descobrindo no cosmos primitivo, chamados de " pequenos pontos vermelhos ", misteriosos pontos de luz que foram descobertos recentemente graças ao incrível poder do sensor infravermelho deste telescópio espacial de 10 bilhões de dólares. No entanto, com uma massa equivalente a 100 milhões de vezes a do Sol, não há nada de "pequeno" neste buraco negro, e a equipe de descoberta o apelidou de "BiRD", abreviação de "Big Red Dot" (Grande Ponto Vermelho).

Os buracos negros não emitem luz própria, na verdade, aprisionam toda a luz incidente devido à sua imensa influência gravitacional. No entanto, quando esses titãs cósmicos são cercados por uma grande quantidade de matéria da qual se alimentam, esse material e os jatos expelidos dos polos dos buracos negros criam um objeto muito visível e brilhante chamado quasar. Estes podem ser vistos a grandes distâncias; por exemplo, a luz do quasar BiRD viaja até a Terra há 10 bilhões de anos.

O objeto BiRD foi detectado na região do céu ao redor de um quasar previamente conhecido chamado J1030+0524 (J1030), um buraco negro supermassivo em fase de alimentação localizado a cerca de 12,5 bilhões de anos-luz da Terra. Essa região do céu tem sido bem estudada por astrônomos — incluindo esta equipe, do Instituto Nacional de Astrofísica (INAF). No entanto, foi durante a análise cuidadosa de imagens e espectros obtidos com o instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do JWST que a equipe de pesquisa detectou uma fonte de luz incomum: um ponto brilhante no infravermelho que nunca havia sido revelado por dados e imagens de raios X anteriores.

"A partir das imagens calibradas, foi desenvolvido um catálogo das fontes presentes no campo. Foi aí que notamos o BiRD: um objeto brilhante, pontual, que, no entanto, não era uma estrela e não constava nos catálogos de raios X e rádio existentes", disse Federica Loiacono, líder da equipe e pesquisadora do INAF, em um comunicado traduzido do italiano. "Analisei seu espectro, que nos informa sobre a composição química e algumas das propriedades físicas do objeto."

Isso é possível porque os elementos absorvem e emitem luz em frequências específicas e características. Isso significa que os elementos deixam suas "impressões digitais" em comprimentos de onda de luz, ou espectros.

"Encontramos sinais claros de hidrogênio — em particular a linha chamada gama de Paschen, uma assinatura luminosa que revela a presença de hidrogênio ionizado — e hélio, também visível em absorção", disse Loiacono. "Esses detalhes nos permitiram estimar a distância até BiRD, descobrindo que ela está relativamente próxima de nós em comparação com a maioria dos pequenos pontos vermelhos conhecidos até o momento. Também a partir da análise do espectro dessa fonte, conseguimos estimar a massa do buraco negro central: cerca de 100 milhões de vezes a do Sol."

Pequenos pontos vermelhos são objetos muito compactos com características espectroscópicas curiosas. Existem muitas teorias possíveis em torno desses corpos, incluindo uma sugestão recente de que eles poderiam ser uma nova classe de corpos celestes chamados "estrelas de buraco negro". Uma das teorias predominantes postula que os pequenos pontos vermelhos são buracos negros supermassivos que se alimentam e crescem. O problema com esse conceito é que a região ao redor de buracos negros vorazes deveria emitir fortemente na região de raios X do espectro eletromagnético, mas esse não parece ser o caso para os pequenos pontos vermelhos ou para o BiRD.

Uma possível explicação para isso é que os pequenos pontos vermelhos são as "sementes" de buracos negros massivos a partir das quais os buracos negros supermassivos crescem e, portanto, ainda estão envoltos por espessas camadas de gás e poeira, camadas que absorvem a radiação de raios X de alta energia, enquanto permitem que a luz infravermelha de baixa energia passe através delas.

Mas mesmo entre os conhecidos pequenos pontos vermelhos, o BiRD é um exemplo peculiar.

"Antes de BiRD, apenas dois outros pequenos pontos vermelhos com as mesmas características espectrais, incluindo linhas de hélio e raios gama de Paschen, eram conhecidos a essa mesma distância cósmica", explicou Loiacono. "Comparando as propriedades espectrais de BiRD com as dos outros dois, encontramos fortes semelhanças: as larguras das linhas, a absorção, a massa do buraco negro e a densidade do gás são muito semelhantes. Isso nos levou a concluir que BiRD pertence à mesma família dos pequenos pontos vermelhos."

Além da descoberta do BiRD, esta pesquisa pode mudar a forma como os cientistas pensam sobre os pequenos pontos vermelhos e, consequentemente, sobre o crescimento e a evolução dos buracos negros supermassivos. Anteriormente, acreditava-se que esses objetos teriam começado a desaparecer quando o meio-dia cósmico chegou, há aproximadamente 11 bilhões de anos. No entanto, esta equipe realizou um cálculo estimando a abundância de pequenos pontos vermelhos durante o meio-dia cósmico, descobrindo que eles ainda eram numerosos nessa época cósmica. 

"O desafio agora é estender o estudo a um número maior de LRDs próximas, que podemos estudar com mais detalhes do que as distantes, para construir uma imagem mais completa", concluiu Loiacono. "O JWST abriu uma nova fronteira na astrofísica extragaláctica, revelando objetos cuja existência nem sequer suspeitávamos, e estamos apenas no começo desta aventura."

A pesquisa da equipe foi publicada na quinta-feira (30 de outubro) na revista Astronomy & Astrophysics.

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