À medida que o Telescópio Espacial James Webb investiga a luz do universo em busca das origens de galáxias antigas, descobriu algo inesperado escondido nos seus núcleos – uma descoberta que ecoaria a nossa visão do cosmos primitivo.
Os cientistas há muito que pensam que as galáxias evoluíram inicialmente enquanto os buracos negros se formavam nos seus centros a partir do colapso de estrelas massivas. Mas as observações recentes de Webb contam uma história diferente. O telescópio capturou evidências de buracos negros supermassivos evoluindo pela primeira vez, sem uma galáxia hospedeira para alimentá-los.
As observações de Webb podem finalmente fornecer uma resposta à questão celestial do ovo ou da galinha, sugerindo que os buracos negros antigos não precisam de gigantes de gás e poeira circundantes para crescerem até tamanhos imensos.
“É uma descoberta notável”, disse Roberto Maiolino, pesquisador da Universidade de Cambridge e coautor de dois estudos publicados. natureza e ” Avisos mensais da Royal Astronomical SocietyEle disse em Constituição da NASA. “É uma mudança de modelo, revisando completamente os cenários clássicos de como os buracos negros se formam e crescem.”
Uma retrospectiva da época
Uma das primeiras naves a brilhar com luz infravermelha que Webb descobriu Abel2744-QSO1 (QSO1). remonta a apenas 700 milhões de anos após o Big Bang (5% da idade atual). O protótipo do Little Red Dot é lente gravitacionalmente pelo aglomerado de galáxias Abell 2744. Isso o torna um alvo ideal, pois parece ampliado e com imagem tripla.
As observações iniciais do QSO1 mostraram que é um buraco negro supermassivo com cerca de 40 milhões de vezes a massa do Sol, rodeado por uma nuvem de hidrogênio quente e gás hélio. Mas os cientistas não tinham certeza se era realmente um buraco negro supermassivo.
“Antes de agora, todas as medições de massa de buracos negros no universo primitivo eram indiretas, baseadas em suposições do que conhecemos no universo local, não sabíamos se essas suposições se aplicavam ao universo distante”, disse Franciscus D’Eugenio, pesquisador da Universidade de Cambridge e autor do estudo, em comunicado.
Avaliando a fera
Para confirmar a massa do buraco negro, a equipa estudou então o efeito da sua gravidade no vapor circundante e analisou a distribuição de vários elementos no vapor. Usando o Webb Near Infrared Spectrograph (NIRspec), os cientistas descobriram que o ponto central do gás orbita da mesma forma que os planetas do nosso mundo solar orbitam o Sol. Este fenômeno é conhecido como movimento Kepleriano.
“Isto é interessante porque significa que a maior massa de QSO1 foi forçada para o centro do buraco negro”, disse Ignas Juodžbalis, estudante da Universidade de Cambridge e autor de um dos estudos, num comunicado. “Se a massa fosse mais distribuída, como se houvesse muitas estrelas, o gás não teria essa rotação Kepleriana perfeita”.
Como o movimento Kepleriano é governado pelas leis da gravidade, a equipe utilizou medições de velocidade do gás circundante para calcular diretamente a massa do buraco negro. “Isso é fenomenal”, disse Maiolino. “É a primeira medição direta da massa de um buraco negro nos primeiros mil milhões de anos após o Big Bang e é consistente com medições anteriores.”
O resultado revelou que não só é um buraco negro supermassivo, com 50 milhões de vezes a massa do Sol, mas também revelou cerca de dois terços da massa total do QSO1. Buracos supermassivos geralmente constituem uma pequena fração da massa total de sua galáxia hospedeira. A descoberta revelou que a relação entre o buraco negro supermassivo e a sua galáxia é milhares de vezes maior do que a das galáxias próximas.
As descobertas sugerem que este buraco negro nasceu como um menino grande, em vez de se formar a partir de uma estrela em colapso e se alimentar do gás que o rodeia para crescer até atingir o seu tamanho. A composição química do QSO1 também mostra que ele é feito quase inteiramente de hidrogênio e hélio, com muito poucos elementos mais pesados como o oxigênio, normalmente encontrados em galáxias ricas em estrelas e detritos estelares.
“Parece que encontrámos um buraco negro que não tem uma galáxia hospedeira substancial e que está preparado para processos estelares,” disse Juodžbalis. “Isto é muito emocionante porque é consistente com buracos negros primordiais ou buracos negros em colapso direto, que foram teorizados mas não confirmados.”
