Um buraco negro ultramassivo a 5 mil milhões de anos-luz pode ser o maior já identificado

A cerca de 5 mil milhões de anos-luz, nas profundezas do cosmos, foi encontrado um buraco negro que poderá ser o mais massivo alguma vez observado.

Novas medições indicam que a galáxia SDSS J1148+1930 alberga um verdadeiro colosso com aproximadamente 36,3 mil milhões de vezes a massa do Sol. Este valor coloca a massa do buraco negro muito perto do limite superior prático. Para comparação, o buraco negro no centro da Via Láctea tem apenas 4,3 milhões de massas solares.

Pelo seu tamanho, este objeto já nem se enquadra bem na categoria de buraco negro supermassivo - esta criatura gigantesca é, na prática, ultramassiva.

“Ferradura Cósmica” e lente gravitacional: a pista para pesar o buraco negro

A forma mais direta de testar os limites superiores possíveis para a massa de um buraco negro é encontrar exemplos reais. É aqui que entra um fenómeno intrigante visível no céu da Terra, conhecido como Ferradura Cósmica: um arco de luz em forma de ferradura que circunda uma mancha brilhante ao centro - o resultado de um alinhamento raro chamado lente gravitacional.

Os dois elementos - o arco e a mancha central - estão alinhados na mesma linha de visão, mas a distâncias diferentes. A mancha é, na verdade, uma galáxia tão massiva que o seu campo gravitacional distorce e amplifica a luz de uma fonte ainda mais distante. Essa amplificação é o que cria o arco luminoso.

Este tipo de amplificação permite aprender muito sobre estrelas e galáxias longínquas. Contudo, neste caso, o protagonista é a mancha do primeiro plano: foi aí que uma equipa de astrónomos liderada por Carlos Melo-Carneiro, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, no Brasil, identificou este buraco negro extraordinário.

O que torna este buraco negro ultramassivo tão especial

“Isto está entre os 10 buracos negros mais massivos alguma vez descobertos e, muito possivelmente, é o mais massivo”, afirma o astrofísico Thomas Collett, da Universidade de Portsmouth, no Reino Unido.

“A maioria das outras medições de massa de buracos negros é indireta e tem incertezas bastante grandes, por isso não sabemos realmente ao certo qual é o maior. No entanto, temos muito mais certeza sobre a massa deste buraco negro graças ao nosso novo método.”

De modo geral, acredita-se que buracos negros supermassivos, com mais de cerca de um milhão de massas solares, se escondem no coração de todas as galáxias de grande dimensão, funcionando como o centro gravitacional em torno do qual o resto da galáxia orbita.

Em teoria, não existe um limite absoluto para o crescimento de um buraco negro. Na prática, porém, entram em jogo outras restrições - como a taxa de crescimento - que sugerem que a massa máxima que um buraco negro conseguiria atingir ao longo dos atuais 13,8 mil milhões de anos de vida do Universo seria de cerca de 50 mil milhões de massas solares.

Como foi medida a massa: lente gravitacional e cinemática estelar

Num sistema com lente gravitacional, o grau de deformação e amplificação da luz revela a intensidade do campo gravitacional, o que está diretamente ligado à massa do objeto no primeiro plano. E como as massas dos buracos negros supermassivos são proporcionais às massas das suas galáxias, esta relação oferece uma via para estimar a massa de um buraco negro no centro galáctico.

Existe ainda outra ferramenta valiosa para medir a massa de buracos negros quiescentes (ou “adormecidos”): a cinemática estelar, isto é, a forma como estrelas e outros materiais se movem em órbita. No caso da Via Láctea, por exemplo, observações prolongadas das órbitas perto do centro galáctico confirmaram a presença do buraco negro e permitiram determinar a sua massa.

A Ferradura Cósmica foi identificada em 2007. Observações feitas em diferentes momentos desde então ajudaram os investigadores a apurar os movimentos no centro galáctico. Ao combinar esses dados com a análise do arco radial da galáxia mais distante, a equipa obteve aquilo que descreve como uma medição extremamente robusta.

“Esta descoberta foi feita para um buraco negro ‘adormecido’ - um que não está a acumular material ativamente no momento da observação”, explica Melo-Carneiro. “A sua deteção baseou-se exclusivamente na sua enorme atração gravitacional e no efeito que exerce sobre o que o rodeia.”

Buracos negros ainda mais pesados e a incerteza das estimativas

Já foram identificados buracos negros com massas superiores, mas com medições menos seguras. Um exemplo conhecido é o TON-618. Inicialmente, estimou-se que teria cerca de 66 mil milhões de massas solares; contudo, essa estimativa foi revista em baixa em 2019 para aproximadamente 40 mil milhões de massas solares, com base na cinemática galáctica.

Uma galáxia fóssil e a questão de como os buracos negros crescem tanto

O que torna a SDSS J1148+1930 particularmente interessante é o facto de ser uma galáxia fóssil. Trata-se de uma galáxia única, muito massiva, que em tempos foi um aglomerado de galáxias. Os investigadores consideram provável que, ao longo do tempo, as galáxias do aglomerado - cada uma com um buraco negro supermassivo no seu centro - se tenham fundido, e que os respetivos buracos negros também tenham acabado por se juntar, originando um único buraco negro com cerca de 36 mil milhões de massas solares.

Isto constitui uma pista importante para uma das grandes questões em aberto do Universo: como é que os buracos negros supermassivos conseguem atingir dimensões tão colossais.

Na Ferradura Cósmica, “estamos a ver o estado final da formação de galáxias e o estado final da formação de buracos negros”, diz Collett.

A descoberta foi publicada nas Notícias Mensais da Royal Astronomical Society.