Usando o Telescópio Espacial James Webb, os astrônomos descobriram um buraco negro supermassivo voraz que existiu durante um período do cosmos chamado “meio-dia cósmico”, que ocorreu cerca de 4 bilhões de anos após o Big Bang. A descoberta poderá esclarecer ainda mais o mistério de como os buracos negros supermassivos crescem até atingirem tamanhos de milhões e até milhares de milhões de vezes o tamanho do Sol.
Este buraco negro faz parte de uma coleção de objetos que Telescópio Espacial James Webb (JWST) vem descobrindo no cosmos primitivo chamado “pequenos pontos vermelhos“manchas misteriosas de luz que só foram descobertas recentemente graças ao incrivelmente poderoso olho infravermelho deste telescópio espacial de US$ 10 bilhões. No entanto, com uma massa equivalente a 100 milhões de vezes a do Sol, não há realmente nada de “pequeno” neste buraco negro, com a equipe de descoberta o apelidando de “BiRD”, que significa Big Red Dot.
BiRD foi avistado na região do céu em torno de um local previamente conhecido quasar chamado J1030+0524 (J1030), ele próprio um alimentador buraco negro supermassivo localizado a cerca de 12,5 bilhões de anos-luz da Terra. Esta região do céu tem sido bem estudada por astrónomos — incluindo esta equipa, que vem do Instituto Nacional de Astrofísica (INAF). No entanto, foi ao analisar cuidadosamente as imagens e espectros obtidos com o instrumento Near-Infrared Camera (NIRCam) do JWST que a equipa de investigação detectou uma fonte de luz incomum. Um ponto brilhante no infravermelho que nunca havia sido revelado por raios-X e dados anteriores.
“A partir das imagens calibradas, foi desenvolvido um catálogo das fontes presentes no campo. Foi lá que notamos o BiRD: um objeto brilhante e pontual, que, no entanto, não era uma estrela e não aparecia nos catálogos existentes de raios X e rádio”, disse Federica Loiacono, líder da equipe e pesquisadora do INAF, em um comunicado traduzido do italiano. “Analisei seu espectro, que nos fala sobre a composição química e algumas propriedades físicas do objeto.”
Isto é possível porque os elementos absorvem e emitem luz em frequências específicas e características. Isso significa que os elementos deixam suas “impressões digitais” em comprimentos de onda de luz, ou espectros.
“Encontramos sinais claros de hidrogênio – em particular a linha chamada Paschen gama, uma assinatura luminosa que revela a presença de hidrogênio ionizado – e hélio, também visível na absorção”, disse Loiacono. “Estes detalhes permitiram-nos estimar a distância ao BiRD, descobrindo que está relativamente próximo de nós em comparação com a maioria dos pequenos pontos vermelhos conhecidos até à data. Também a partir da análise do espectro desta fonte, conseguimos estimar a massa do buraco negro central: cerca de 100 milhões de vezes a do Sol.”
Pequenos pontos vermelhos são objetos muito compactos com características espectroscópicas curiosas. Existem muitas teorias possíveis em torno destes corpos, incluindo uma sugestão recente de que poderiam ser uma nova classe de corpos celestes chamada “estrelas de buraco negro”. Uma das teorias predominantes postula que pequenos pontos vermelhos estão alimentando e crescendo buracos negros supermassivos. O problema com este conceito é o facto de que a região em torno dos buracos negros vorazes deveria emitir fortemente na região dos raios X do espectro electromagnético, mas esse não parece ser o caso dos pequenos pontos vermelhos ou do BiRD.
Uma possível explicação para isto é que os pequenos pontos vermelhos são as “sementes” dos buracos negros massivos a partir dos quais os buracos negros supermassivos crescem e, portanto, ainda estão envoltos por espessas camadas de gás e poeira, mortalhas que absorvem a radiação de raios X de alta energia, permitindo ao mesmo tempo a passagem da luz infravermelha de baixa energia.
Mas mesmo entre os pequenos pontos vermelhos conhecidos, o BiRD é um exemplo estranho.
“Antes do BiRD, apenas dois outros pequenos pontos vermelhos com as mesmas características espectrais, incluindo linhas de hélio e raios gama de Paschen, eram conhecidos nesta mesma distância cósmica”, explicou Loiacono. “Comparando as propriedades espectrais do BiRD com as dos outros dois, encontramos fortes semelhanças: as larguras das linhas, a absorção, a massa do buraco negro e a densidade do gás são muito semelhantes. Isto levou-nos a concluir que o BiRD pertence à mesma família dos pequenos pontos vermelhos.”
Além da descoberta do BiRD, esta investigação pode mudar a forma como os cientistas pensam sobre os pequenos pontos vermelhos e, por sua vez, o crescimento e evolução dos buracos negros supermassivos. Anteriormente, pensava-se que estes objetos teriam começado a desaparecer quando o meio-dia cósmico ocorreu, há aproximadamente 11 mil milhões de anos. No entanto, esta equipa realizou um cálculo estimando a abundância de pequenos pontos vermelhos durante o meio-dia cósmico, descobrindo que ainda são numerosos durante esta época cósmica.
“O desafio agora é estender o estudo a um número maior de LRDs próximos, que possamos estudar com mais detalhes do que os distantes, para construir um quadro mais completo”, concluiu Loiacono. “O JWST abriu uma nova fronteira na astrofísica extragaláctica, revelando objetos que nem suspeitávamos que existiam, e estamos apenas no início desta aventura.”
A pesquisa da equipe foi publicada na quinta-feira (30 de outubro) na revista Astronomia e Astrofísica.
