Usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST), os astrônomos descobriram um buraco negro supermassivo que se alimenta vorazmente e cresce rapidamente no universo infantil. Existindo apenas 570 milhões de anos após o Big Bang, este buraco negro fica no coração da galáxia CANUCS-LRD-z8.6.
CANUCS-LRD-z8.6 é um exemplo da classe de galáxias no universo primitivo chamada “Pequenos pontos vermelhos.” Esses objetos pequenos, brilhantes e extremamente distantes têm sido descobertos rotineiramente pelo JWST desde que iniciou as observações em 2022. Pequenos pontos vermelhos confundiram os astrônomos porque não parecem estar em conformidade com a nossa compreensão de como as galáxias evoluem em sintonia com os seus buracos negros supermassivos centrais, levando alguns cientistas a apelidá-las de galáxias “destruidoras do universo”. Isso ocorre porque os pequenos pontos vermelhos são densos demais para explicar as massas de suas estrelas ou hospedar um buraco negro supermassivo que é muito grande sentar em uma galáxia tão pequena.
“Esta descoberta é verdadeiramente notável. Observámos uma galáxia menos de 600 milhões de anos após o Big Bang, e não só alberga um buraco negro supermassivo, como o buraco negro está a crescer rapidamente – muito mais rápido do que esperaríamos numa galáxia deste tipo neste momento inicial,” disse a líder da equipa, Roberta Tripodi, da Universidade de Ljubljana FMF, na Eslovénia, num comunicado. “Isto desafia a nossa compreensão da formação de buracos negros e de galáxias no Universo primitivo e abre novos caminhos de investigação sobre como estes objetos surgiram.”
Procurando impressões digitais de buracos negros em Little Red Dots
Como parte da colaboração CANUCS, Tripodi e colegas analisaram o espectro de luz do CANUCS-LRD-z8.6, que viaja para a Terra há cerca de 13,2 mil milhões de anos. Esta análise revelou a presença de gás altamente ionizado girando rapidamente em torno de uma região central compacta desta galáxia primitiva – a impressão digital reveladora de um buraco negro em alimentação ou acreção.
Uma análise mais aprofundada revelou um buraco negro supermassivo no coração de CANUCS-LRD-z8.6 com uma massa estimada em cerca de 100 milhões de vezes a do Sol. Embora os buracos negros supermassivos possam atingir massas muito maiores, equivalentes a milhares de milhões de sóis nas grandes galáxias do cosmos moderno, a massa do buraco negro em CANUCS-LRD-z8.6 é incrivelmente massiva para uma galáxia compacta numa fase tão inicial da sua evolução que ainda não foi enriquecida com elementos pesados pelas mortes explosivas de supernovas de estrelas massivas.
Ao medir a energia emitida pelo CANUCS-LRD-z8.6, a equipa também conseguiu estimar algumas das características desta galáxia, incluindo a massa da sua população de estrelas. Isto permitiu-lhes comparar a massa total das estrelas em CANUCS-LRD-z8.6 com a massa do seu buraco negro supermassivo central. Esta é uma proporção importante a ser medida, já que os astrónomos sempre consideraram que o crescimento dos buracos negros supermassivos centrais estava ligado ao crescimento das galáxias através da sua crescente população estelar. No entanto, embora CANUCS-LRD-z8.6 seja a galáxia hospedeira mais massiva vista durante este período cósmico inicial, o seu buraco negro central ainda é muito mais massivo do que os cientistas poderiam prever usando a proporção habitual entre a massa estelar e a massa do buraco negro. A equipa pensa que isto sugere que os buracos negros no Universo primitivo podem ter crescido muito mais rapidamente do que as galáxias que os acolhem.
“Esta descoberta é um passo emocionante na compreensão da formação dos primeiros buracos negros supermassivos no Universo”, disse Maruša Bradač, membro da equipa, da Universidade de Ljubljana, FMF. “O crescimento rápido e inesperado do buraco negro nesta galáxia levanta questões sobre os processos que permitiram o surgimento de objetos tão massivos tão cedo.”
A equipe CANUCS planeja continuar a observar CANUCS-LRD-z8.6 com o JWST, bem como fazer novas observações com o Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA), um conjunto de 66 antenas de rádio no deserto do Atacama, no norte do Chile, o ALMA estuda o Universo em comprimentos de onda de rádio. Isto deverá permitir à equipa estudar o gás frio nesta galáxia, além de definir melhor as características do seu buraco negro supermassivo.
Isso significa que os astrônomos podem estar prestes a compreender os pequenos pontos vermelhos do JWST.
“À medida que continuamos a analisar os dados, esperamos encontrar mais galáxias como CANUCS-LRD-z8.6, o que poderá fornecer-nos informações ainda maiores sobre as origens dos buracos negros e das galáxias,” Barba acrescentou.
A pesquisa da equipe foi publicada na quarta-feira (19 de novembro) na revista Comunicações da Natureza.
