O JWST mede, pela primeira vez, a massa de um buraco negro adormecido do universo primordial.

Astrônomos realizaram a primeira medição direta da massa de um buraco negro adormecido que se escondia no centro de uma galáxia do universo primordial. 

O JWST e as lentes gravitacionais permitiram que uma equipe internacional de astrônomos, liderada por Andrew Newman, da Carnegie Science, medisse a massa de um buraco negro adormecido do universo primordial pela primeira vez. Crédito: Navid Marvi/Carnegie Science

Uma equipe de astrônomos liderada por Andrew Newman, da Carnegie Institution for Science, realizou a primeira medição direta da massa de um buraco negro adormecido que se escondia no centro de uma galáxia do universo primordial.

Embora o buraco negro — um gigante com 6 bilhões de vezes a massa do nosso Sol — não esteja mais iluminando seus arredores, os pesquisadores conseguiram determinar sua massa usando o JWST para detectar o movimento de estrelas próximas ao centro da galáxia que estão sendo afetadas pela gravidade do buraco negro.

As suas conclusões foram publicadas na revista Science .

Em comparação, buracos negros que se alimentam ativamente são fáceis de detectar. Os astrônomos os encontram há décadas procurando por quasares — alguns dos objetos mais brilhantes do cosmos, que são alimentados pelo gás que cai em um buraco negro no centro de uma galáxia.

O buraco negro medido pela equipe está localizado no centro da MRG-M0138, uma galáxia massiva cuja luz viajou até o JWST desde uma época em que o universo tinha apenas cerca de 3 bilhões de anos. A galáxia não está mais formando estrelas e seu buraco negro central também está inativo.

Antes desse resultado, os astrônomos só haviam usado com sucesso essa técnica para determinar a massa de buracos negros no universo local. Em 2020, o Prêmio Nobel foi concedido pela detecção do buraco negro no centro da Via Láctea, através do rastreamento das órbitas de estrelas individuais.

Os movimentos coletivos das estrelas nos centros das galáxias foram usados ​​para calcular a massa de buracos negros a uma distância de cerca de 700 milhões de anos-luz. Mas sem o sofisticado conjunto de instrumentos do JWST e a ajuda de um fenômeno chamado lente gravitacional, não seria possível realizar esse tipo de medição para galáxias mais distantes.

“Conseguimos detectar esse buraco negro a uma distância de 10 bilhões de anos-luz combinando a visão nítida do JWST com uma lente de aumento natural”, explicou Newman.

A galáxia MRG-M0138 está localizada atrás de um enorme aglomerado de galáxias, o que amplia e distorce sua aparência. Como resultado, a galáxia distante parece cerca de 30 vezes maior do que seria normalmente.

“Ao combinar os dados do JWST com lentes gravitacionais, pudemos observar o interior da esfera de influência do buraco negro, onde sua gravidade aumenta a velocidade das estrelas”, explicou Newman. “Essa é uma das melhores técnicas que temos para medir a massa de um buraco negro, então ficamos entusiasmados em estendê-la a um período muito anterior da história cósmica.”

Apenas alguns buracos negros dormentes com essa massa foram encontrados anteriormente, todos no universo próximo.

A descoberta oferece novas pistas sobre como buracos negros e galáxias cresceram juntos no início do universo. Galáxias próximas mostram fortes conexões entre as massas de seus buracos negros centrais e as propriedades das galáxias ao seu redor. Mas tem sido difícil testar se essas relações já existiam bilhões de anos atrás. As descobertas dos pesquisadores sugerem que as galáxias mais densas foram locais de rápido crescimento de buracos negros no início da história do cosmos.

Embora agora inativo, o MRG-M0138 provavelmente foi um quasar poderoso em seu passado. A energia liberada por um buraco negro em rápido crescimento pode queimar ou ejetar o gás que alimenta o nascimento de estrelas, o que poderia ter freado a formação estelar na galáxia. 

Observações futuras impulsionarão ainda mais este trabalho. A equipe está agora analisando dados do JWST sobre outras galáxias semelhantes. O satélite Euclid e o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman revelarão muito mais exemplos de lentes gravitacionais do que os atualmente conhecidos. E o Telescópio Gigante Magalhães, atualmente em construção no Observatório Las Campanas da Carnegie Science, no Chile, com a Carnegie como parceira fundadora, terá o poder de estudar os movimentos das estrelas em galáxias distantes com muito mais detalhes do que o JWST.

Os pesquisadores esperam que a aplicação de seus métodos a mais galáxias ajude os astrônomos a entender como os buracos negros mais massivos se formaram, cresceram e moldaram a evolução das galáxias.

Carnegiescience.edu