Os astrónomos confirmaram o buraco negro mais remoto e mais antigo observado até hoje - e, para o seu tempo, é inesperadamente colossal.
Ele encontra-se numa galáxia chamada CAPERS-LRD-z9 e já teria cerca de 300 milhões de vezes a massa do Sol apenas 500 milhões de anos depois da Grande Explosão, numa fase em que o universo ainda estava a apenas 3 percent da idade actual.
CAPERS-LRD-z9 e o mistério dos Pequenos Pontos Vermelhos (LRDs)
Esta descoberta também lança luz - literalmente - sobre uma classe antiga e enigmática de objectos celestes conhecida como Pequenos Pontos Vermelhos (LRDs): fontes pequenas, avermelhadas e estranhamente brilhantes no universo primordial. Estes objectos parecem surgir por volta de 600 milhões de anos após a Grande Explosão e começam depois a desaparecer menos de mil milhões de anos mais tarde.
Os LRDs só foram identificados recentemente graças à capacidade inédita do JWST no infravermelho para investigar a Aurora Cósmica, as épocas mais iniciais do universo. São igualmente as épocas mais “vermelhas”, porque a luz que chega ao JWST foi sendo esticada para comprimentos de onda cada vez mais longos durante a viagem, à medida que o próprio tecido do espaço-tempo se expandia.
Um núcleo galáctico activo (AGN) envolto em gás e poeira no CAPERS-LRD-z9
No centro do CAPERS-LRD-z9, o buraco negro supermassivo agora confirmado corresponde a um núcleo galáctico activo (AGN): um buraco negro muito luminoso, a alimentar-se rapidamente, situado no coração de uma galáxia. A sua tonalidade avermelhada deve-se ao facto de estar envolvido por um casulo brilhante de gás e poeira - um cenário que pode fazer dele uma “estrela de buraco negro”, expressão digna de ficção científica.
Como a espectroscopia revelou ventos a 3,000 quilómetros por segundo
A gravidade deste buraco negro supermassivo está a acelerar o gás circundante até velocidades difíceis de conceber, na ordem dos 3,000 quilómetros (1,864 milhas) por segundo - cerca de 1 percent da velocidade da luz. São precisamente estes ventos gasosos que permitem aos astrónomos detectar buracos negros através da espectroscopia.
“Não há muitas outras coisas que gerem esta assinatura”, explica o autor principal Anthony Taylor, astrofísico na Universidade do Texas em Austin.
A espectroscopia decompõe a luz recebida nos seus comprimentos de onda, produzindo um espectro que contém informação sobre o objecto observado. Neste caso, as ondas de luz emitidas pelo gás em torno do buraco negro são esticadas e tornam-se mais vermelhas quando esse gás se afasta do observador. Pelo contrário, a luz fica comprimida e mais azul quando o movimento é na direcção do observador. Estas variações permitem inferir a velocidade do objecto.
Porque estes buracos negros podem ser “sobre-massivos” nos LRDs
De forma crucial, a confirmação espectroscópica do CAPERS-LRD-z9 sustenta a hipótese de que os LRDs contêm buracos negros supermassivos - sendo que “supermassivo” pode até parecer pouco: alguns atingem 10 milhões de massas solares ainda no seu primeiro milhar de milhões de anos. Para comparação, o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea tem cerca de 4 milhões de massas solares.
Os buracos negros no coração dos LRDs poderão não ser apenas supermassivos, mas “sobre-massivos”, com rácios de massa que se aproximam de 10 percent a 100 percent da massa estelar da galáxia anfitriã.
Em particular, com até cerca de 300 milhões de massas solares, o buraco negro supermassivo do CAPERS-LRD-z9 equivale a aproximadamente metade da massa total de todas as estrelas da sua galáxia. Em contraste, galáxias mais próximas podem ter buracos negros centrais que representam apenas cerca de 0.1 percent da sua massa estelar.
Para reforçar a noção de escala, o CAPERS-LRD-z9 é tão compacto que nem o JWST o consegue resolver. Ao que tudo indica, terá, no máximo, 1,140 anos-luz de largura - uma dimensão que o coloca no domínio das galáxias anãs que orbitam a Via Láctea.
Como um buraco negro “semente” pode crescer tanto em apenas 500 milhões de anos
Os investigadores afirmam que existem duas vias para um buraco negro atingir uma massa tão elevada em apenas 500 milhões de anos de tempo cósmico. Em ambos os cenários, o ponto de partida é um buraco negro “semente” já grande e pesado, que cresce a ritmos diferentes.
Se estiver a aumentar de massa no limite superior teórico do crescimento de buracos negros - a chamada taxa de Eddington - então a semente poderá ter começado com cerca de 10,000 massas solares.
Alternativamente, pode ter arrancado com uma massa muito menor, de apenas 100 massas solares. Nesse caso, a semente teria de crescer ainda mais depressa, a uma taxa super-Eddington, sendo “alimentada à força” pela gravidade e por um invólucro espesso e denso de gás em redor.
As próprias sementes podem ter várias origens: buracos negros primordiais formados quando a Grande Explosão ocorreu; o colapso de estrelas da População III (as esquivas primeiras estrelas a iluminar o cosmos); “colisões em cadeia” em enxames estelares densos; ou ainda o colapso directo de enormes nuvens de gás primordial.
Limites do que a tecnologia consegue detectar
No geral, é difícil observar muito mais longe no espaço-tempo: “Ao procurar buracos negros, isto é praticamente tão recuado quanto é viável. Estamos mesmo a forçar os limites do que a tecnologia actual consegue detectar”, acrescenta Taylor.
Por fim, este trabalho reforça a evidência de que os LRDs foram um fenómeno efémero do universo primordial e, possivelmente, um passo inicial na evolução das galáxias que poderá ter dado origem à própria Via Láctea.
Esta investigação foi publicada nas Cartas do Jornal Astrofísico.
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