Investigadores que utilizam o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA confirmaram a existência de um buraco negro supermassivo em crescimento ativo dentro de uma galáxia apenas 570 milhões de anos após o Big Bang. Parte de uma classe de galáxias pequenas e muito distantes que intrigam os astrónomos, a CANUCS-LRD-z8.6 representa uma peça vital deste ‘puzzle’ e desafia as teorias existentes sobre a formação de galáxias e buracos negros no Universo primitivo. A descoberta liga os buracos negros primordiais com os quasares luminosos que observamos hoje.
Ao longo dos seus três primeiros anos, os levantamentos do Universo primordial realizados pelo Webb revelaram um número crescente de objectos pequenos, extremamente distantes e de uma cor vermelha impressionante. Estes chamados Pequenos Pontos Vermelhos (Little Red Dots, LRDs) continuam a ser um mistério intrigante para os astrónomos, apesar da sua inesperada abundância. A descoberta do CANUCS-LRD-z8.6, possibilitada pelas capacidades excepcionais do Webb, contribuiu para esta procura de respostas. O Espectrógrafo de Infravermelho Próximo (NIRSpec) do Webb permitiu aos investigadores observar a ténue luz desta galáxia distante e detetar características espectrais importantes que apontam para a presença de um buraco negro em acreção.
Roberta Tripodi, autora principal do estudo e investigadora da Universidade de Ljubljana FMF, na Eslovénia, e do INAF – Observatório Astronómico de Roma, Itália, explicou: “Esta descoberta é verdadeiramente notável. Observámos uma galáxia com menos de 600 milhões de anos após o Big Bang, e não só alberga um buraco negro supermassivo, como o buraco negro está a crescer rapidamente – muito mais rapidamente do que esperaríamos numa galáxia tão antiga. Isto desafia a nossa compreensão da formação de buracos negros e galáxias no Universo primitivo e abre novos caminhos de investigação sobre como estes objetos se formaram.”
A equipa analisou o espectro da galáxia, que mostrava gás altamente ionizado por radiação energética, sugerindo que estava a girar rapidamente em torno de uma fonte central. Estas características são fundamentais para a acreção de um buraco negro supermassivo. Os dados espectrais precisos permitiram estimar a massa do buraco negro, revelando que é excecionalmente grande para um estádio tão inicial do Universo, e mostraram que o CANUCS-LRD-z8.6 é compacto e ainda não produziu muitos elementos pesados – uma galáxia num estádio inicial da sua evolução. Esta combinação torna-a um objeto de estudo intrigante.
Além disso, a espectroscopia do Webb permitiu à equipa medir quanta energia é emitida em diferentes comprimentos de onda, a partir dos quais foi possível caracterizar as propriedades físicas da galáxia. Isto permitiu determinar a massa das estrelas da galáxia e compará-la com a massa do buraco negro. “Os dados que recebemos do Webb foram absolutamente cruciais”, acrescentou o Dr. Nicholas Martis, colaborador da Universidade de Ljubljana, FMF, que ajudou a analisar o espectro da fonte. “As características espectrais reveladas pelo Webb forneceram sinais claros de um buraco negro em acreção no centro da galáxia, algo que não poderia ter sido observado com a tecnologia anterior. O que torna isto ainda mais convincente é que o buraco negro da galáxia é supermassivo em comparação com a sua massa estelar. Isto sugere que os buracos negros no Universo primordial podem ter crescido muito mais rapidamente do que as galáxias que os albergam”.
Os astrónomos já tinham observado que a massa de um buraco negro supermassivo e da sua galáxia hospedeira estão relacionadas: quanto maior for a galáxia, maior se torna também o seu buraco negro central. CANUCS-LRD-z8.6 é a galáxia hospedeira mais massiva conhecida num período tão remoto, e o seu buraco negro central é ainda mais massivo do que o esperado, desafiando a relação habitual. O resultado sugere que os buracos negros podem ter-se formado e começado a crescer a um ritmo acelerado no Universo primordial, mesmo em galáxias relativamente pequenas.
“Esta descoberta é um passo entusiasmante para a compreensão da formação dos primeiros buracos negros supermassivos do Universo“, explicou o Prof. Maruša Bradač, líder do grupo na Universidade de Liubliana. “O crescimento rápido e inesperado do buraco negro nesta galáxia levanta questões sobre os processos que permitiram o surgimento de objetos tão massivos tão cedo. À medida que continuamos a analisar os dados, esperamos encontrar mais galáxias como a CANUCS-LRD-z8.6, que nos poderão fornecer informações ainda mais detalhadas sobre as origens dos buracos negros e das galáxias.”
A equipa já está a planear observações adicionais com o Atacama Large Millimeter/submillimetre Array (ALMA) e o Webb para estudar mais a fundo o gás e a poeira frios da galáxia e refinar a sua compreensão das propriedades do buraco negro. A investigação em curso sobre esta galáxia de baixa densidade (LRD) está prestes a responder a questões cruciais sobre o Universo primordial, incluindo a forma como os buracos negros e as galáxias coevoluíram no primeiro bilião de anos da história cósmica.
À medida que os astrónomos continuam a explorar o Universo primordial com o JWST, espera-se que novas surpresas surjam, oferecendo uma imagem cada vez mais detalhada de como os primeiros buracos negros supermassivos cresceram e evoluíram, preparando o terreno para a formação dos quasares luminosos que iluminam o Universo hoje.
Os resultados foram obtidos pela colaboração CANUCS no programa de observação nº 1208 do Webb (Investigador Principal: C. J. Willott) e foram publicados na Nature Communications.
Texto original: Webb spots greedy supermassive black hole in early Universe
Texto e imagens: ESA
Tradução automática via Google
Edição: Rui C. Barbosa