Utilizando o poder de imagem e espectroscopia sem precedentes do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA, os investigadores mapearam o movimento e a composição do gás que orbita um buraco negro no centro de Abell2744-QSO1, uma galáxia minúscula a mais de 13 mil milhões de anos-luz de distância. Os resultados sugerem que o buraco negro, com 50 milhões de massas solares, é anterior à sua galáxia hospedeira, tendo-se formado possivelmente no primeiro segundo do Big Bang, e que devia ser imenso desde o início.
O que vem primeiro, a galáxia ou o buraco negro? Os cientistas há muito que acreditam que possa ser a galáxia: estrelas grandes dentro de uma galáxia existente consomem o seu combustível e colapsam para formar buracos negros, que podem engolir o material circundante e fundir-se ao longo do tempo para formar entidades ainda mais massivas. Mas é difícil compreender como é que buracos negros com milhões ou milhares de milhões de vezes a massa do Sol, milhares dos quais já foram detectados no Universo primordial, podem ter crescido tão rapidamente a partir de sementes tão pequenas.
Agora, os investigadores que utilizam o Webb detectaram evidências claras de que alguns buracos negros supermassivos eram enormes desde o início, formando-se sem uma fase de colapso estelar e sem uma galáxia hospedeira significativamente mais massiva para os alimentar.
“Esta é uma descoberta notável”, disse Roberto Maiolino, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, coautor dos estudos publicados a 27 de Maio de 2026 na revista Nature e no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “É uma mudança de paradigma, uma revisão completa dos cenários clássicos de como os buracos negros se formam e crescem.”
Pequeno Ponto Vermelho QSO1
A conclusão da equipa baseia-se em observações detalhadas de Abell2744-QSO1 (QSO1), um protótipo de Pequeno Ponto Vermelho que existiu apenas 700 milhões de anos após o Big Bang.
Embora o QSO1 tenha apenas 1300 anos-luz de diâmetro e a sua luz esteja a viajar há mais de 13 mil milhões de anos, é mais fácil estudá-lo do que a maioria dos outros Pequenos Pontos Vermelhos porque sofre o efeito de lente gravitacional do enxame de galáxias Abell 2744 (Aglomerado de Pandora). O QSO1 é ampliado e triplamente projetado, aparecendo em três locais diferentes no céu.
Os estudos iniciais do QSO1 revelaram evidências convincentes de que pode ser pouco mais do que uma nuvem de hidrogénio gasoso e hélio brilhante a orbitar um buraco negro supermassivo, estimado em 40 milhões de vezes a massa do Sol. Mas, tal como aconteceu com outros buracos negros primordiais descobertos pelo Webb, havia incerteza sobre se ele possuía realmente essa massa.
“Até então, todas as medições de massa de buracos negros no Universo primordial eram indirectas, baseadas em suposições a partir do que sabemos sobre eles no Universo local. Não sabíamos se essas suposições se aplicavam realmente ao Universo distante”, disse o coautor Francesco D’Eugenio, também da Universidade de Cambridge.
Mapeamento da composição e velocidade do gás
A equipa reconheceu que, se o buraco negro do quasar QSO1 for tão massivo como aparenta, poderão utilizar a unidade de campo integral (IFU, Integral Field Unit) do espectrógrafo de infravermelho próximo (NIRSpec) do Webb para rastrear os efeitos da sua gravidade no gás que gira à sua volta, bem como mapear a distribuição de vários elementos nesse gás.
O estudante de pós-graduação de Cambridge, Ignas Juodžbalis, e Cosimo Marconcini, da Universidade de Florença, em Itália, autores principais de um dos estudos, utilizaram as observações da IFU para mapear os movimentos do hidrogénio gasoso em torno do buraco negro. Ao traçarem a velocidade de rotação em função da distância ao centro, descobriram que o gás tem movimento kepleriano: orbita um ponto central da mesma forma que os planetas do nosso Sistema Solar orbitam o Sol.
“Isto é importante porque nos diz que a maior parte da massa do QSO1 está concentrada no buraco negro no seu centro“, disse Ignas. “Se a massa estivesse mais distribuída, como estaria se existissem muitas estrelas, o gás não teria esta rotação kepleriana perfeita.
Como o movimento kepleriano é regido por leis simples da gravidade, a equipa conseguiu utilizar as medições da velocidade do gás para calcular diretamente a massa do buraco negro, um feito que não tinha sido possível anteriormente. Descobriram que o buraco negro não só é imenso – com aproximadamente 50 milhões de massas solares – como também representa dois terços da massa total do QSO1. Esta proporção é milhares de vezes maior do que nas galáxias próximas, onde os buracos negros supermassivos representam apenas uma pequena fracção da massa total da galáxia hospedeira.
Os mapas de composição do IFU corroboraram estes resultados, mostrando que o gás em todo o QSO1 é quase inteiramente composto por hidrogénio e hélio, com muito pouco dos elementos mais pesados, como o oxigénio, que seriam esperados numa galáxia rica em estrelas e detritos estelares. Com uma metalicidade inferior a 0,5% da do Sol, o QSO1 é um dos ambientes galácticos mais imaculados já observados.”
“Este é um resultado fenomenal”, disse Cosimo. “É a primeira medição directa da massa de um buraco negro dentro do primeiro bilião de anos após o Big Bang, e é consistente com as medições anteriores.” A equipa acredita que isto é um bom sinal de que as suposições utilizadas para as medições indiretas de massa são válidas e que as massas de outros buracos negros no início do Universo não foram sobrestimadas.
Origens dos buracos negros supermassivos
A massa descomunal do QSO1 em relação à sua galáxia hospedeira sugere que não se pode ter formado gradualmente a partir da fusão e alimentação de buracos negros muito mais pequenos, de massa estelar. “Parece que encontrámos um buraco negro que não tem uma galáxia hospedeira substancial e que antecede os processos estelares“, disse Ignas. “Isto é muito entusiasmante porque é uma evidência de buracos negros primordiais ou buracos negros de colapso direto, que foram teorizados, mas ainda não confirmados.”
Se o buraco negro do QSO1 evoluiu a partir de uma “semente pesada” que se formou no primeiro segundo do Big Bang ou um pouco mais tarde, a partir do colapso de uma nuvem gigante de gás, quase certamente nasceu grande e pode estar nos estágios iniciais de formação de uma galáxia à sua volta.
A equipa acredita que os Pequenos Pontos Vermelhos como o QSO1 não podem ter sido raros no Universo primitivo e está a analisar objectos semelhantes para descobrir se os buracos negros supermassivos antecedem realmente as galáxias onde residem actualmente.
Texto original: Webb reveals black hole that formed before its galaxy
Texto e imagens: ESA
Tradução automática via Google
Edição: Rui Barbosa