Usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA, os astrônomos observaram um objeto extremamente vermelho, semelhante a um quasar – chamado A2744-QSO1 — por detrás do aglomerado de galáxias Abell 2744, com forte lente. As suas cores sugerem que o buraco negro em A2744-QSO1 se encontra por trás de um espesso véu de poeira que obscurece grande parte da sua luz. Os investigadores também mediram a massa do buraco negro (40 milhões de massas solares) e descobriram que era significativamente mais massivo, em comparação com a sua galáxia hospedeira, do que o que foi visto em mais exemplos locais. A descoberta sugere que pode representar o elo perdido entre as sementes do buraco negro e os primeiros quasares luminosos.

Imagem em cores compostas de A2744-QSO1.  Crédito da imagem: Furtak et al., doi: 10.1038/s41586-024-07184-8.

Imagem em cores compostas de A2744-QSO1. Crédito da imagem: Furtak e outros., dois: 10.1038/s41586-024-07184-8.

“Ficámos muito entusiasmados quando o Webb começou a enviar os seus primeiros dados”, disse o Dr. Lukas Furtak, investigador de pós-doutoramento na Universidade Ben-Gurion do Negev.

“Estávamos escaneando os dados que chegaram para o programa UNCOVER e três objetos muito compactos, mas com flores vermelhas, se destacaram e chamaram nossa atenção.”

“A sua aparência de ‘ponto vermelho’ levou-nos imediatamente a suspeitar que se tratava de um objeto semelhante a um quasar.”

“Utilizámos um modelo de lentes numéricas que construímos para o aglomerado de galáxias Abell 2744 para determinar que os três pontos vermelhos tinham que ser múltiplas imagens da mesma fonte de fundo, observada quando o Universo tinha apenas cerca de 700 milhões de anos,” disse o Dr. Adi Zitrin, também da Universidade Ben-Gurion do Negev.

“A análise das cores do objeto indicou que não se tratava de uma típica galáxia de formação de estrelas”, disse a professora Rachel Bezanson, astrônoma da Universidade de Pittsburgh.

“Isto apoiou ainda mais a hipótese do buraco negro supermassivo.”

“Juntamente com o seu tamanho compacto, tornou-se evidente que se tratava provavelmente de um buraco negro supermassivo, embora ainda fosse diferente de outros quasares encontrados naquela época.”

Os astrônomos então analisaram os espectros JWST/NIRSpec de A2744-QSO1.

“Os espectros eram simplesmente alucinantes”, disse o professor Ivo Labbé, da Universidade de Tecnologia de Swinburne.

“Ao combinar o sinal das três imagens juntamente com a ampliação da lente, o espectro resultante é equivalente a 1.700 horas de observação por Webb num objeto sem lente, tornando-o o espectro mais profundo que Webb obteve para um único objeto no Universo primordial.”

“Usando os espectros, conseguimos não só confirmar que o objeto compacto vermelho era um buraco negro supermassivo e medir o seu desvio para o vermelho exato, mas também obter uma estimativa sólida da sua massa a partir da largura das suas linhas de emissão”, disse o Dr.

“O gás orbita no campo gravitacional do buraco negro e atinge velocidades muito altas que não são vistas em outras partes das galáxias.”

“Por causa do deslocamento Doppler, a luz emitida pelo material de acreção é desviada para o vermelho de um lado e desviada para o azul do outro lado, de acordo com sua velocidade.”

“Isso faz com que as linhas de emissão no espectro se tornem mais amplas.”

Mas a medição levou a ainda outra surpresa: a massa do buraco negro parece ser excessivamente elevada em comparação com a massa da galáxia hospedeira.

“Toda a luz dessa galáxia deve caber numa região minúscula do tamanho de um aglomerado estelar atual”, disse a Dra. Jenny Greene, astrônoma da Universidade de Princeton.

“A ampliação da lente gravitacional da fonte nos deu limites requintados de tamanho.”

“Mesmo agrupando todas as estrelas possíveis numa região tão pequena, o buraco negro acaba por representar pelo menos 1% da massa total do sistema.”

“De facto, descobriu-se agora que vários outros buracos negros supermassivos no Universo primordial apresentam um comportamento semelhante, o que leva a algumas visões intrigantes do crescimento do buraco negro e da galáxia hospedeira, e da interação entre eles, que não é bem compreendida. ”

Os astrónomos não sabem se esses buracos negros supermassivos crescem, por exemplo, a partir de restos estelares, ou talvez de material que colapsou diretamente em buracos negros no Universo primordial.

“De certa forma, é o equivalente astrofísico do problema do ovo e da galinha”, disse o professor Zitrin.

“Atualmente não sabemos o que veio primeiro – a galáxia ou o buraco negro, qual a massa dos primeiros buracos negros e como cresceram.”

“Uma vez que muitos mais ‘pequenos pontos vermelhos’ e outros núcleos galácticos ativos foram recentemente detectados com o Webb, esperamos ter uma ideia melhor em breve.”

As equipes resultados aparecer no diário Natureza.

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LJ Furtak e outros. Uma alta proporção de massa entre buraco negro e hospedeiro em um AGN com lente no Universo primordial. Natureza, publicado on-line em 14 de fevereiro de 2024; doi: 10.1038/s41586-024-07184-8

Fonte: InfoMoney

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