Usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST), os astrônomos “pesaram” um gigante adormecido – um buraco negro supermassivo adormecido localizado a impressionantes 10 bilhões de anos-luz de distância. Isso torna este buraco negro o buraco negro supermassivo mais distante cuja massa os cientistas já mediram.
O supermassivo buraco negro está localizado no coração da galáxia MRG-M0138, que é vista como era quando o universo tinha cerca de 4 bilhões de anos – e agora sabemos, graças ao Telescópio Espacial James Webb (JWST), que pesa incríveis 6 bilhão vezes a massa de o sol.
Os buracos negros supermassivos podem ser muito visíveis quando se alimentam ativamente e, portanto, rodeados por uma riqueza de matéria numa região chamada núcleos galácticos ativos (AGN). Devido às imensas forças gravitacionais do buraco negro, um AGN brilha intensamente. No entanto, como os buracos negros estão rodeados por uma fronteira que retém a luz chamada horizonte de eventosburacos negros adormecidos com despensas que não estão tão bem abastecidas são muito mais evasivos. Eles são praticamente invisíveis. Ainda assim, mesmo estes buracos negros têm influências gravitacionais que podem impactar mais do que os discos giratórios de gás e poeira – essa influência também pode afetar o movimento de estrelas orbitando os buracos negros. E essas estrelas são realmente visíveis.
Para detectar e medir a massa deste buraco negro supermassivo, a equipe por trás desta pesquisa utilizou o JWST para rastrear o movimento das estrelas no coração do MRG-M0138. Este truque de rastreamento de estrelas foi usado no passado para pesar buracos negros adormecidos muito mais próximos de Terra – por exemplo, o buraco negro supermassivo com 4,3 milhões de massa solar no coração da nossa galáxia, Sagitário A* (Sgr A*). No entanto, Sgr A* e as estrelas que o acompanham estão a apenas 26.000 anos-luz de distância, e o buraco negro mais distante que esta técnica, chamada dinâmica estelar, foi usada para pesar, estava localizado a apenas 700 milhões de anos-luz de distância. A cerca de 15 vezes a distância recorde anterior, esta nova pesquisa é a primeira vez que foi utilizada com sucesso para medir a massa de um gigante adormecido tão distante.
“Determinar como as estrelas se movem coletivamente dentro do núcleo desta galáxia distante nos permitiu medir a massa de seu buraco negro supermassivo, de outra forma indetectável”, disse o líder da equipe e cientista do University College of London, Richard Ellis. disse em um comunicado. “Ao demonstrar a viabilidade de tal técnica para galáxias no universo primitivo, podemos agora realizar um censo mais completo de como os buracos negros se desenvolvem ao longo do tempo e inferir o seu papel na formação da evolução das galáxias.”
No entanto, determinar o movimento das estrelas no centro do MRG-M0138 não foi nada simples. Foi necessário um fenômeno cósmico natural conhecido como lente gravitacional, que emergiu de Albert EinsteinA teoria magnum opus da gravidade, conhecida como relatividade geral.
O que são lentes gravitacionais?
A relatividade geral prevê que objetos com massa criam uma curvatura real na estrutura de espaço-tempoa unificação quadridimensional das três dimensões do espaço e da única dimensão do tempo. A gravidade emerge desta curvatura e, como quanto maior for a massa, maior será a curvatura, quanto maior for a massa de um objeto, mais forte será a sua gravidade.
Lente gravitacional ocorre quando um objeto massivo, como uma galáxia ou um aglomerado de galáxias, fica entre um objeto mais distante em primeiro plano e a Terra. À medida que a luz de uma fonte de fundo passa pela curvatura do espaço causada pelo objeto massivo em primeiro plano, ou lente gravitacional, seu caminho geralmente reto torna-se curvo.
Quanto mais perto da lente gravitacional a luz passa, mais seu caminho é desviado, e isso significa que a luz do mesmo objeto chega aos nossos telescópios em momentos diferentes. Isto pode ampliar o objeto e, em casos extremos, fazer com que o mesmo objeto apareça várias vezes em posições diferentes na mesma imagem.
O efeito de lente gravitacional de uma galáxia entre MRG-M0138 e a Terra reorientou a luz daquela galáxia distante, ampliando-a em 30 vezes, permitindo que Ellis e colegas reconstruíssem intrincadamente os detalhes internos de MRG-M0138.
“Ao combinar os dados do JWST com lentes gravitacionais, poderíamos perscrutar o interior da esfera de influência do buraco negro, onde a sua gravidade aumenta a velocidade das estrelas”, disse Andrew Newman da Carnegie Science em Pasadena, Califórnia. “Esta é uma das melhores técnicas que temos para pesar um buraco negro, por isso estávamos entusiasmados em estendê-la a um período muito anterior da história cósmica.”
Além de investigar este buraco negro adormecido, a equipa também determinou que o próprio MRG-M0138 está adormecido, o que significa que já não está a formar novas estrelas. Isto é provavelmente o resultado de o buraco negro supermassivo ter passado por um frenesi voraz no início de sua história, quando teria aparecido como um quasar em chamas no coração de um AGN. A energia libertada durante esta fase teria empurrado o gás e a poeira para longe do buraco negro, encerrando a sua fase de alimentação, e do próprio MRG-M0138. Isto esgotaria a galáxia da matéria-prima para a formação de estrelas, extinguindo assim a sua taxa de natalidade estelar.
Isto significa que com estas observações, e com mais dados de buracos negros supermassivos inativos do JWST, os cientistas podem compreender melhor a relação entre o crescimento de galáxias e o crescimento de buracos negros supermassivos, bem como o papel que estes titãs cósmicos desempenham no corte da formação de estrelas nas suas galáxias hospedeiras.
A pesquisa da equipe foi publicada na quinta-feira (4 de junho) em Ciência.
