Há muito tempo atrás, em duas galáxias muito, muito distantes, dois buracos negros massivos se fundiram. Isso aconteceu quando o Universo tinha apenas 740 milhões de anos. Uma equipe de astrônomos usou o JWST para estudar este evento, a detecção mais distante (e mais antiga) de uma fusão de buraco negro de todos os tempos.
Tais colisões são bastante comuns em épocas mais modernas da história cósmica e os astrónomos sabem que conduzem a buracos negros cada vez mais massivos nos centros das galáxias. Os buracos negros supermassivos resultantes podem conter milhões de bilhões de massas solares. Eles afetam a evolução de suas galáxias de várias maneiras.
Usando o JWST e o HST, os astrônomos encontraram buracos negros gigantescos cada vez mais cedo no tempo cósmico, nos primeiros bilhões de anos da história do Universo. Isso levanta a questão: como eles ficaram tão massivos tão rápido? Os buracos negros acumulam matéria à medida que crescem e, para os mais supermassivos, as suas galáxias em colisão fazem parte dessa história de colheita de matéria.
O que o JWST nos mostra sobre a fusão dos primeiros buracos negros
As observações mais recentes do JWST focaram em um sistema chamado ZS7. É uma fusão de galáxias onde dois sistemas muito antigos se juntam, completos com buracos negros em colisão. Isto não é algo que os astrónomos possam detectar com telescópios terrestres. A fusão em si está muito distante. Além disso, a expansão do Universo estende a sua luz para a parte infravermelha do espectro eletromagnético. Isso o torna inacessível da superfície da Terra. No entanto, o infravermelho é detectável com o espectrômetro infravermelho próximo (NIRSpec) do JWST. Pode encontrar assinaturas de fusões no Universo primordial, segundo a astrónoma Hannah Übler, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido.
“Encontramos evidências de gás muito denso com movimentos rápidos nas proximidades do buraco negro, bem como gás quente e altamente ionizado iluminado pela radiação energética normalmente produzida por buracos negros nos seus episódios de acreção”, disse Übler, autor principal. em um artigo sobre a descoberta. “Graças à nitidez sem precedentes das suas capacidades de imagem, Webb também permitiu à nossa equipa separar espacialmente os dois buracos negros.”
Esses buracos negros são bastante massivos: um deles contém cerca de 50 milhões de massas solares. O outro provavelmente tem aproximadamente a mesma massa, mas é difícil dizer porque está inserido numa região densa de gás. As massas estelares das galáxias colocam-nas aproximadamente na mesma população de massa estelar que a vizinha Grande Nuvem de Magalhães, de acordo com o astrónomo Pablo G. Pérez-González do Centro de Astrobiología (CAB), CSIC/INTA, em Espanha. “Podemos tentar imaginar como a evolução das galáxias em fusão poderia ser afetada se cada galáxia tivesse um buraco negro supermassivo tão grande ou maior que o que temos na Via Láctea”.
Outras implicações das fusões de buracos negros na Cosmic Dawn
A análise das observações do JWST reforça a ideia de que as fusões são uma forma importante de crescimento dos buracos negros. Isto é particularmente verdade no Universo primordial, de acordo com Ühler. “Juntamente com outras descobertas do Webb sobre buracos negros massivos e ativos no Universo distante, os nossos resultados também mostram que os buracos negros massivos têm moldado a evolução das galáxias desde o início.”
Muitos núcleos galácticos ativos (AGN) no Universo primitivo estão associados a buracos negros um tanto massivos. Provavelmente fazem parte de um processo geral de fusão nas primeiras épocas. Os astrônomos querem saber quando essas fusões começaram. Isso os ajudaria a identificar o crescimento dos buracos negros supermassivos centrais. Fusões deste tipo são uma rota provável para o crescimento de buracos negros tão cedo no tempo cósmico.
É por isso que os astrônomos estão tão ansiosos para localizá-los com o JWST e futuros telescópios. Eles detêm a chave para a compreensão da evolução das galáxias e dos buracos negros na infância do Universo. Uhler e os membros da sua equipa salientam isto no seu artigo, dizendo: “Os nossos resultados parecem apoiar um cenário de uma fusão iminente de buracos negros massivos no Universo primordial, destacando isto como um canal adicional importante para o crescimento inicial de buracos negros. Juntamente com outras descobertas recentes na literatura, isto sugere que a fusão de buracos negros massivos no Universo distante é comum.”
É claro que essas fusões não geram apenas luz que podemos detectar com o JWST. Eles também geram ondas gravitacionais muito fracas. Mas há esperança de detectar essas ondas com a próxima Antena Espacial de Interferômetro Laser (LISA). Estará em vigor na década de 2030 e deverá ser capaz de se concentrar nos tipos de fusões de galáxias e buracos negros que o JWST está detectando hoje em luz infravermelha.
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