CAPERS-LRD-z9 e o buraco negro mais antigo e distante
Os astrónomos confirmaram o buraco negro mais precoce e mais distante alguma vez identificado - e, para a sua época, é surpreendentemente monstruoso.
Este buraco negro encontra-se numa galáxia chamada CAPERS-LRD-z9 e, apenas 500 milhões de anos após a Grande Explosão, já teria cerca de 300 million vezes a massa do Sol, numa fase em que o Universo “bebé” tinha somente 3 percent da idade que tem hoje.
Para se ter noção da escala do sistema, CAPERS-LRD-z9 é tão compacta que nem o JWST a consegue separar em detalhe: tudo indica que tenha, no máximo, 1,140 anos-luz de largura, ou seja, um tamanho na gama das galáxias anãs que orbitam a Via Láctea.
Pequenos Pontos Vermelhos (LRDs) e a observação com o JWST
A confirmação deste objecto também ajuda a esclarecer, literalmente, uma classe antiga e enigmática de fontes celestes conhecida como Pequenos Pontos Vermelhos (LRDs): objectos pequenos, avermelhados e estranhamente luminosos no Universo primordial. Estes pontos surgem por volta de 600 milhões de anos após a Grande Explosão e, menos de mil milhões de anos depois, começam a desaparecer.
Os LRDs só foram revelados há pouco tempo graças à capacidade sem precedentes do JWST no infravermelho, que lhe permite explorar a Aurora Cósmica, os primeiros capítulos da história do Universo. São igualmente épocas em que o Universo nos chega mais “vermelho”, porque a luz que alcança o JWST foi sendo esticada para comprimentos de onda cada vez mais longos durante a sua longa viagem através do tecido do espaço-tempo em expansão.
Espectroscopia, ventos de gás e o crescimento acelerado do buraco negro
No centro de CAPERS-LRD-z9, o buraco negro supermassivo agora confirmado é um núcleo galáctico activo (AGN): um buraco negro muito brilhante e em alimentação rápida, instalado no coração de uma galáxia. O aspecto avermelhado deve-se ao facto de estar envolto num casulo luminoso de gás e poeira, algo que até pode fazê-lo lembrar uma “estrela de buraco negro” saída da ficção científica.
A gravidade deste buraco negro supermassivo está a acelerar o gás circundante para velocidades difíceis de imaginar, na ordem de 3,000 quilómetros (1,864 milhas) por segundo, o que corresponde a 1 percent da velocidade da luz. Estes ventos gasosos são precisamente o que permite aos astrónomos inferir a presença de buracos negros através da espectroscopia.
"Não há muitas outras coisas que criem 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 expõe características de um objecto. Neste caso, as ondas de luz emitidas pelo gás em torno do buraco negro alongam-se e tornam-se mais vermelhas quando esse gás se afasta do observador. Pelo contrário, quando o gás se move na direcção do observador, a luz comprime-se e fica mais azul. A partir destas alterações, é possível determinar a velocidade do material.
O que é especialmente relevante é que a confirmação espectroscópica de CAPERS-LRD-z9 reforça a ideia de que os LRDs albergam buracos negros supermassivos - sendo que “supermassivo” pode até parecer pouco: alguns atingem 10 million massas solares no seu primeiro mil milhão de anos. Para comparação, o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea tem cerca de 4 million massas solares.
Os buracos negros no núcleo dos LRDs poderão não ser apenas supermassivos, mas “sobremassivos”, com rácios de massa que se aproximam de 10 percent a 100 percent da massa estelar da galáxia hospedeira.
Em particular, com até cerca de 300 million massas solares, o buraco negro supermassivo de CAPERS-LRD-z9 equivale a aproximadamente metade da massa de todas as estrelas da sua galáxia. Em contraste, em galáxias mais próximas, é comum que os buracos negros centrais representem apenas cerca de 0.1 percent da massa estelar.
Os investigadores apontam dois caminhos possíveis para um buraco negro alcançar tamanha massa em apenas 500 milhões de anos de tempo cósmico. Em ambos os cenários, tudo começa com uma “semente” de buraco negro já grande e pesada, que depois cresce a ritmos diferentes.
Se o crescimento ocorrer no limite superior teórico para a acreção de buracos negros - a chamada taxa de Eddington - então a semente poderia ter começado com cerca de 10,000 massas solares.
Em alternativa, a semente poderia ter sido muito menor, com apenas 100 massas solares. Nesse caso, teria de crescer ainda mais depressa, acima do regime de Eddington (super-Eddington), alimentada de forma forçada pela gravidade e por um invólucro espesso e denso de gás à sua volta.
As próprias sementes podem ter origem em buracos negros primordiais formados quando a Grande Explosão, bem, explodiu. Podem também resultar do colapso de estrelas de População III (as esquivas primeiras estrelas que iluminaram o cosmos), de “colisões descontroladas” em enxames estelares densos, ou do colapso directo de enormes nuvens de gás primordial.
No geral, é difícil observar muito mais para trás no espaço-tempo: "Quando procuramos buracos negros, isto é praticamente tão recuado quanto dá para ir. Estamos mesmo a forçar os limites do que a tecnologia actual consegue detectar", acrescenta Taylor.
Por fim, este trabalho junta evidência de que os LRDs foram um fenómeno efémero no Universo jovem e possivelmente um passo inicial na evolução galáctica que poderá ter dado origem à própria Via Láctea.
Esta investigação foi publicada nas Cartas do Jornal Astrofísico.
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