O Universo primitivo é um lugar intrigante e – em muitos aspectos – ainda desconhecido. Os primeiros bilhões de anos da história cósmica testemunharam a criação explosiva de estrelas e o crescimento das primeiras galáxias. É também uma época em que os primeiros buracos negros conhecidos pareciam crescer muito rapidamente. Os astrônomos querem saber como eles cresceram e por que se alimentam mais como buracos negros supermassivos recentes (SMBH) “normais”.

Hoje vemos SMBH em galáxias que podem ter mais de milhões ou bilhões de massas solares sequestradas. Os astrônomos naturalmente presumiram que demorou muito para que tais monstros se formassem. Como bilhões de anos. Assim, quando o JWST observou o quasar mais distante J1120+0641, eles esperavam ver um núcleo galáctico ativo como era cerca de 770 milhões de anos após o Big Bang. Ou seja, eles esperavam um buraco negro supermassivo central ainda em crescimento. Eles ficaram intrigados ao descobrir que tinha uma massa de pelo menos um bilhão de sóis.

Esta imagem do ULAS J1120+0641, um quasar muito distante alimentado por um buraco negro, foi criada a partir de imagens tiradas de pesquisas feitas pelo Sloan Digital Sky Survey e pelo UKIRT Infrared Deep Sky Survey. O quasar aparece como um tênue ponto vermelho próximo ao centro. Este quasar é o mais distante já encontrado e é visto como era apenas 770 milhões de anos após o Big Bang.
Esta imagem do ULAS J1120+0641, um quasar muito distante alimentado por um buraco negro, foi criada a partir de imagens tiradas de pesquisas feitas pelo Sloan Digital Sky Survey e pelo UKIRT Infrared Deep Sky Survey. O quasar aparece como um tênue ponto vermelho próximo ao centro. É o mais distante já encontrado, visto como era 770 milhões de anos após o Big Bang.
Publicidade

Isso levantou uma questão: como um SMBH tão antigo poderia ficar tão grande tão rápido? Para algo tão jovem, ter tanta massa diz algo sobre seu mecanismo de alimentação. Os astrônomos já sabem que o SMBH existia no início do tempo cósmico. Essas estruturas no coração desses quasares distantes aparentemente já existiam quando o Universo era muito jovem — cerca de 5% de sua idade atual.

Publicidade

Teoria vs. Observação: Como os buracos negros supermassivos se formam?

O crescimento de SMBH no Universo primitivo é um tópico quente atualmente. A ideia padrão por muito tempo foi que eles cresceram lentamente por meio de fusões e aquisições durante a formação da galáxia. Como essas fusões levam muito tempo — milhões de anos, pelo menos — parecia que os buracos negros seguiriam o longo e lento caminho. E você não pode acelerar muito o crescimento do buraco negro depois que ele se forma. À medida que a matéria gira para dentro do buraco negro, ela o faz por meio do disco de acreção que o alimenta. O disco — o núcleo galáctico ativo — é muito brilhante devido à radiação emitida à medida que a matéria se aquece por meio do atrito e das interações do campo magnético. A pressão da luz empurra as coisas para longe. Isso limita a rapidez com que o buraco negro pode comer. Ainda assim, os astrônomos descobriram que esses primeiros SMBH ostentavam 10 bilhões de massas solares quando, pela sabedoria convencional, deveriam ter sido menos massivos.

Para J1120+0641, os astrónomos consideraram diferentes cenários para o seu crescimento, incluindo o chamado “modo de alimentação ultra-eficaz”. Isso implica que o SMBH inicial tinha uma forma muito eficiente de acumular gás, poeira e outros materiais. Assim, os astrônomos observaram esses núcleos galácticos ativos nos corações de quasares distantes com mais detalhes usando o JWST. Possui o espectrógrafo MIRI que observa a luz desses quasares com grande detalhe. Os espectros MIRI de J1120+0641 revelaram a presença de um grande toro de poeira (um anel em forma de rosca) circundando o disco de acreção do SMBH. Esse disco está alimentando o SMBH a uma taxa muito “normal” semelhante ao SMBH no Universo “moderno”. A região de linha larga do quasar, onde aglomerados de gás orbitam o buraco negro a velocidades próximas da velocidade da luz, também parece normal.

Interpretação artística de ULAS J1120+0641, um quasar muito distante com um buraco negro supermassivo em seu coração. Crédito: ESO/M. Kornmesser
Interpretação artística de ULAS J1120+0641, um quasar muito distante com um buraco negro supermassivo em seu coração. Crédito: ESO/M. Kornmesser
Publicidade

Na analise final

Por quase todas as propriedades que podem ser deduzidas do espectro, J1120+0641 acaba por não se alimentar de forma diferente dos quasares posteriores. Então, o que isso significa para as teorias da formação de SMBH no Universo primordial? De acordo com Sarah Bosman, que chefiou a equipa que utilizou o JWST para estudar este e outros quasares, as observações excluem a alimentação rápida e outras explicações para a razão pela qual o SMBH é tão massivo. “No geral, as novas observações apenas aumentam o mistério: os primeiros quasares eram surpreendentemente normais. Não importa em que comprimentos de onda os observamos, os quasares são quase idênticos em todas as épocas do Universo”, disse ela.

Se você extrapolar essas observações para outras ideias sobre o SMBH inicial, isso significa que o processo de crescimento do buraco negro foi praticamente definido no início da história cósmica. Eles não começaram como buracos negros de massa estelar que ficaram grandes. Em vez disso, eles se formaram a partir do colapso de nuvens iniciais muito massivas de gás para se tornarem sementes primordiais massivas. A partir daí, eles não apenas se alimentaram de seus discos de acreção, mas provavelmente cresceram ainda mais massivos por meio dessas fusões e aquisições. Graças ao JWST, no entanto, os astrônomos agora sabem que os mecanismos de alimentação iniciais já estavam em vigor muito cedo no tempo cósmico. Agora eles só precisam descobrir quando as sementes primordiais do SMBH apareceram pela primeira vez no Universo infantil.

Para maiores informações

Um buraco negro de massa inexplicável
Um quasar maduro no Cosmic Dawn revelado pela espectroscopia de infravermelho JWST Rest-frame
Primeiro espectro infravermelho de repouso de um quasar Z > 7: observações JWST/MRS de J1120+0641

Publicidade

Fonte: InfoMoney

Publicidade
Share.

Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.