O Campo profundo do Hubble e seu sucessor, o Campo Ultraprofundo do Hubble, nos mostrou quão vasto é o nosso Universo e como ele está cheio de galáxias de todos os formatos e tamanhos. Eles se concentraram em pequenas manchas do céu que pareciam estar vazias e revelaram a presença de inúmeras galáxias. Agora, os astrônomos estão usando o Hubble Ultra-Deep Field e imagens de acompanhamento para revelar a presença de um grande número de buracos negros supermassivos no início do Universo.
Este é um resultado chocante porque, segundo a teoria, esses objetos enormes não deveriam ter sido tão abundantes bilhões de anos atrás.
O Hubble Ultra-Deep Field (HUDF) foi lançado em 2004 e exigiu quase um milhão de segundos de exposição em 400 órbitas do telescópio. Ao longo dos anos, a mesma região foi fotografada com outros comprimentos de onda e foi atualizada e refinada de outras maneiras.
O Hubble refez imagens da região diversas vezes, e os astrônomos compararam as novas imagens com imagens mais antigas e identificaram mais SMBHs dos primórdios do Universo.
Os resultados estão em um artigo intitulado “Vislumbres no Amanhecer Cósmico: Um Censo dos Buracos Negros Supermassivos Mais Jovens por Variabilidade Fotométrica, ” que foi publicado no The Astrophysical Journal Letters. Matthew Hayes, professor associado do Departamento de Astronomia da Universidade de Estocolmo, Suécia, é o autor principal.
Buracos Negros Supermassivos (SMBHs) ficam no centro de grandes galáxias como a nossa. Embora o buraco em si não seja visível, o material que está sendo atraído para dentro do buraco se acumula em um disco de acreção. À medida que esse material aquece, ele emite luz como um núcleo galáctico ativo (AGN). Como os buracos negros se alimentam esporadicamente, apenas uma parte deles era visível no HUDF original. Ao refazer a imagem do mesmo campo em momentos diferentes, o Hubble capturou SMBHs adicionais que não eram originalmente visíveis.
Nossa compreensão do Universo antigo e como ele e suas galáxias evoluíram depende de vários fatores. Um deles é a exigência de uma ideia precisa do número de AGN. AGN pode ser difícil de detectar, e este método supera alguns dos obstáculos.
AGN pode emitir raios X, rádio e outras emissões, mas elas nem sempre se destacam. “O desafio para esse campo vem do fato de que identificar AGN nos regimes de luminosidade de galáxias típicas é observacionalmente difícil”, escrevem os autores. “Isso leva a SMBHs provavelmente sendo subcontados, com números potencialmente grandes passando despercebidos entre a população de galáxias ostensivamente formadoras de estrelas em alto-z.”
O método de variabilidade fotométrica dos autores contorna isso. Como os AGNs acumulam material em taxas variáveis, observar mudanças na saída dos AGNs é um método melhor para determinar quantos existem. “Aqui, argumentamos que a variabilidade fotométrica que resulta de mudanças na taxa de acreção de massa de SMBHs pode fornecer uma sondagem completamente independente e complementar de AGNs”, escrevem Hayes e seus coautores. “O monitoramento da variabilidade seleciona AGNs de dados de imagem diretamente por fenômenos relacionados ao SMBH, sem quaisquer vieses de pré-seleção fotométrica (cor, luminosidade, compactação, etc.).”
O novo artigo apresenta resultados preliminares e relata a detecção de oito alvos interessantes que apresentam variabilidade. Três dos oito são provavelmente supernovas, dois são AGN claros em cerca de z = 2–3, e mais três são provavelmente AGN em desvios para o vermelho maior que 6.
Essas descobertas são significativas porque impactam nossa compreensão dos buracos negros, como eles se formam e seu lugar na história do Universo.
Os astrônomos entendem como buracos negros de massa estelar se formam. Eles também acreditam que buracos negros supermassivos crescem tanto por meio de fusões com outros buracos negros. Eles estão até mesmo fazendo progressos em encontrar buracos negros intermediários chamados buracos negros de massa intermediária (IMBHs).
Como os astrônomos acham que os SMBHs crescem por meio de fusões, deve haver mais deles no Universo moderno e comparativamente poucos, se houver, no Universo antigo. Simplesmente não houve tempo suficiente para que fusões suficientes ocorressem para criar SMBHs. É por isso que existem teorias alternativas para explicar buracos negros no Universo primitivo.
Astrônomos teorizam que um tipo diferente de estrela existiu no universo primitivo. Essas estrelas massivas e imaculadas só poderiam se formar nas condições que dominaram o universo primitivo. Elas poderiam ter colapsado e se tornado buracos negros massivos.
Outra teoria sugere que nuvens massivas de gás no Universo primitivo poderiam ter colapsado diretamente em buracos negros. Outra teoria sugere que os chamados “buracos negros primordiais” poderiam ter se formado nos primeiros segundos após o Big Bang por mecanismos puramente especulativos.
As novas observações devem ajudar a esclarecer algumas dessas ideias.
“O mecanismo de formação dos primeiros buracos negros é uma parte importante do quebra-cabeça da evolução das galáxias”, disse o autor principal do estudo, Hayes. “Junto com modelos de como os buracos negros crescem, os cálculos da evolução das galáxias agora podem ser colocados em uma base mais motivada fisicamente, com um esquema preciso de como os buracos negros surgiram a partir do colapso de estrelas massivas.”
“Estas fontes fornecem uma primeira medida de eSMBH no época de reionização por variabilidade fotométrica”, explicam os autores em seu artigo. Eles dizem que as fontes identificadas em seu trabalho indicam a maior população de buracos negros já relatada para esses desvios para o vermelho. “Essa abundância de SMBH também é surpreendentemente semelhante às estimativas de eSMBH no Universo local”, escrevem os autores.
Alguns modelos teóricos sugerem que havia um grande número de AGN na época da reionização. O JWST nos mostra que parece haver para ser mais SMBHs e AGNs do que os astrônomos pensavam. Ao encontrar mais SMBHs e AGNs, esta pesquisa está aumentando nossa compreensão dos buracos negros e da evolução do Universo.
Mas ainda há mais trabalho a ser feito. Os pesquisadores acham que uma amostra maior de AGN em altos redshifts é necessária para reduzir incertezas e fortalecer seus resultados, e o JWST pode ajudar. “O JWST é necessário para impulsionar a detecção de AGN mais fracos por meio da variabilidade”, explicam os autores, acrescentando que levaria anos de monitoramento para que o telescópio espacial fizesse isso.
Este trabalho também destaca a contribuição contínua do HST para a astronomia. Ele pode não ser tão poderoso quanto o JWST, mas tem o benefício de muitos anos de observações já em seu currículo e continua provando seu valor como um observatório poderoso por si só.
“Em contraste, o legado de imagens NIR profundas do HST já remonta a cerca de 15 anos, fornecendo uma excelente linha de base para monitoramento.”
Fonte: InfoMoney
