Uma ilustração de um campo magnético gerado por um buraco negro supermassivo no universo primitivo, mostrando fluxos turbulentos de plasma que ajudam a transformar nuvens de gás próximas em estrelas. Novas descobertas sugerem que este processo pode ser responsável pela formação acelerada de estrelas nos primeiros 50 milhões de anos do Universo. Crédito: Roberto Molar Candanosa/Universidade Johns Hopkins
O que veio primeiro: buracos negros ou galáxias? As descobertas ‘abalam completamente’ o que sabemos sobre a formação de galáxias.
Os buracos negros não só existiam no início dos tempos, como também deram origem a novas estrelas e à formação de galáxias sobrecarregadas, sugere uma nova análise dos dados do Telescópio Espacial James Webb.
Os insights derrubam teorias sobre como os buracos negros moldam o cosmos, desafiando a compreensão clássica de que eles se formaram após o surgimento das primeiras estrelas e galáxias. Em vez disso, os buracos negros podem ter acelerado dramaticamente o nascimento de novas estrelas durante os primeiros 50 milhões de anos do Universo, um período fugaz nos seus 13,8 mil milhões de anos de história.
Revisando Teorias Cósmicas
“Sabemos que estes buracos negros monstruosos existem no centro de galáxias próximas da nossa via Láctea, mas a grande surpresa agora é que eles também estavam presentes no início do universo e eram quase como blocos de construção ou sementes para as primeiras galáxias”, disse o autor principal Joseph Silk, professor de física e astronomia na Universidade Johns Hopkins e no Instituto de Astrofísica, Paris, Universidade Sorbonne. “Eles realmente impulsionaram tudo, como amplificadores gigantescos de formação estelar, o que é uma reviravolta completa em relação ao que pensávamos ser possível antes – tanto que isso poderia abalar completamente a nossa compreensão de como as galáxias se formam.”
O trabalho foi recentemente publicado no Cartas de diários astrofísicos.
Galáxias distantes do universo primitivo, observadas através do telescópio Webb, parecem muito mais brilhantes do que os cientistas previram e revelam números invulgarmente elevados de estrelas jovens e buracos negros supermassivos, disse Silk.
Buracos Negros e Formação de Galáxias
A sabedoria convencional afirma que os buracos negros se formaram após o colapso de estrelas supermassivas e que as galáxias se formaram depois que as primeiras estrelas iluminaram o escuro universo primitivo. No entanto, a análise da equipa de Silk sugere que buracos negros e galáxias coexistiram e influenciaram o destino uns dos outros durante os primeiros 100 milhões de anos. Se toda a história do universo fosse um calendário de 12 meses, esses anos seriam como os primeiros dias de janeiro, disse Silk.
“Estamos argumentando que buraco negro Os fluxos esmagaram nuvens de gás, transformando-as em estrelas e acelerando enormemente a taxa de formação de estrelas”, disse Silk. “Caso contrário, é muito difícil compreender de onde vieram estas galáxias brilhantes porque são tipicamente mais pequenas no Universo primitivo. Por que diabos eles deveriam estar fazendo estrelas tão rapidamente?”
Compreendendo a mecânica do buraco negro
Os buracos negros são regiões do espaço onde a gravidade é tão forte que nada consegue escapar à sua atração, nem mesmo a luz. Por causa dessa força, eles geram poderosos campos magnéticos que provocam violentas tempestades, ejetando turbulentos plasma e, em última análise, agindo como enormes aceleradores de partículas, disse Silk. Este processo, disse ele, é provavelmente o motivo pelo qual os detectores de Webb detectaram mais buracos negros e galáxias brilhantes do que os cientistas previram.
“Não conseguimos ver estes ventos violentos ou jatos muito, muito distantes, mas sabemos que devem estar presentes porque vemos muitos buracos negros no início do Universo”, explicou Silk. “Esses enormes ventos vindos dos buracos negros esmagam as nuvens de gás próximas e as transformam em estrelas. Esse é o elo que faltava que explica porque é que estas primeiras galáxias são muito mais brilhantes do que esperávamos.”
A equipe de Silk prevê que o universo jovem teve duas fases. Durante a primeira fase, as saídas de alta velocidade dos buracos negros aceleraram a formação de estrelas e, depois, numa segunda fase, as saídas abrandaram. Algumas centenas de milhões de anos após o big bang, nuvens de gás entraram em colapso devido a tempestades magnéticas de buracos negros supermassivos, e novas estrelas nasceram a uma taxa muito superior à observada milhares de milhões de anos mais tarde em galáxias normais, disse Silk. A criação de estrelas abrandou porque estes fluxos poderosos fizeram a transição para um estado de conservação de energia, disse ele, reduzindo o gás disponível para formar estrelas nas galáxias.
Implicações e pesquisas futuras
“Pensamos que no início as galáxias se formaram quando uma nuvem gigante de gás entrou em colapso”, explicou Silk. “A grande surpresa é que havia uma semente no meio daquela nuvem – um grande buraco negro – e isso ajudou a transformar rapidamente a parte interna dessa nuvem em estrelas a uma taxa muito maior do que alguma vez esperávamos. E assim as primeiras galáxias são incrivelmente brilhantes.”
A equipe espera que futuras observações do telescópio Webb, com contagens mais precisas de estrelas e buracos negros supermassivos no universo primitivo, ajudem a confirmar os seus cálculos. Silk espera que estas observações também ajudem os cientistas a reunir mais pistas sobre a evolução do universo.
“A grande questão é: qual foi o nosso início? O sol é uma estrela em 100 bilhões na galáxia da Via Láctea, e há um enorme buraco negro no meio também. Qual é a conexão entre os dois?” ele disse. “Dentro de um ano teremos dados muito melhores e muitas das nossas perguntas começarão a receber respostas.”
Referência: “O que veio primeiro: buracos negros supermassivos ou galáxias? Insights from JWST” por Joseph Silk, Mitchell C. Begelman, Colin Norman, Adi Nusser e Rosemary FG Wyse, 30 de janeiro de 2024, As cartas do jornal astrofísico.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad1bf0
Os autores incluem Colin Norman e Rosemary FG Wyse da Johns Hopkins; Mitchell C. Begelman, da Universidade do Colorado e do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia; e Adi Nusser do Instituto de Tecnologia de Israel.
A equipe é apoiada pela Israel Science Foundation e pelo Asher Space Research Institute, bem como por Eric e Wendy Schmidt por recomendação do programa Schmidt Futures.
