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Buraco negro supermassivo desafia teorias sobre evolução do Universo

Com massa mais de 1, 6 bilhão de vezes superior à do Sol, gigante cósmico tinha apenas 670 milhões de anos de idade quando surgiu — cedo demais para que algo tão grande pudesse se formar.

Impressão artística do quasar J0313-1806 que mostra o buraco negro supermassivo e o vento de velocidade extremamente alta. O quasar, observado somente 670 milhões de anos após o Big Bang, é 1000 vezes mais luminoso do que a Via Láctea, e é energizado pelo buraco negro supermassivo mais antigo que os cientistas conhecem, que pesa mais de 1,6 bilhões de vezes a massa do Sol. Créditos: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva


Pesquisadores anunciaram esta semana a descoberta de dois intrigantes objetos cósmicos. Um deles é o mais antigo buraco negro supermassivo já identificado. Ele tem uma massa mais de 1,6 bilhão de vezes superior à massa do Sol, e está a uma distância superior 13 bilhões de anos-luz. Os cálculos sugerem que ele se formou quando o Cosmo tinha apenas 670 milhões de anos. Associado a este gigante primevo, os astrônomos identificaram um quasar. Trata-se, também, do mais antigo e mais distante quasar já observado. Juntas, as descobertas trazem novos questionamentos sobre como se deu a formação de galáxias massivas no Universo antigo. Os resultados foram divulgados durante a reunião da American Astronomical Society. 

Os quasares são considerados como os objetos mais energéticos do Universo. Eles se formam quando o gás que existe no disco de acreção superaquecido, que fica ao redor de um buraco negro supermassivo, se contrai e colapsa, emitindo radiação eletromagnética. A quantidade de radiação eletromagnética que eles emitem é tamanha que seu brilho pode superar o de galáxias inteiras.  O quasar recém-descoberto foi batizado de  J0313-1806.  

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“Os quasares mais distantes são cruciais para entender como os buracos negros mais antigos se formaram, e para entender a reionização cósmica — a última fase importante da transição de nosso universo”, disse Xiaohui Fan, co-autor do estudo e Professor de Astronomia da Universidade do Arizona, nos EUA. 

O novo quasar é mais de dez trilhões de vezes mais luminoso que nosso Sol — o que significa que emite mil vezes mais energia do que a Galáxia da Via Láctea inteira. A fonte da energia do quasar é um buraco negro supermassivo, 1,6 bilhões de vezes mais massivo que o Sol. Ambos se formaram quando o Universo tinha apenas 670 milhões de anos.

A presença de  buracos negros deste porte  tão cedo na história do Universo desafia as teorias sobre formação de buracos negros. Feige Wang, pesquisador do Hubble da Nasa na Universidade do Arizona e autor principal da pesquisa, explica: “os buracos negros que surgiram a partir das  primeiras estrelas massivas não conseguiriam ter se formado e alcançado tamanhas proporções num período de apenas  algumas centenas de milhões de anos”. 

As observações que levaram a essa descoberta foram feitas utilizando diversos  telescópios, incluindo três instalações do National Science Foundation NOIRLab — o telescópio Victor M. Blanco no Observatório Cerro Tololo Inter-Americano, Gemini Sul e Gemini Norte. Dados do Telescópio Blanco, retirados como parte do DESI Legacy Imaging Survey, que são fornecidos para a comunidade astronômica através do Laboratório Astro Data na Comunidade de Ciência e Centro de Dados do NOIRLab (CSDC), ajudaram a identificar primeiramente a J0313-1806, enquanto as observações do Gemini Sul foram utilizadas para confirmar sua identidade como um quasar. O espectro de alta qualidade de dois observatórios Maunakea no Havaí — Gemini Norte e o Observatório W.M. Keck — foram utilizados para medir a massa de buracos negros supermassivos centrais. 

“Os quasars mais distantes e os buracos negros mais antigos são marcadores importantes na história do Universo”, disse Martin Still, Diretor de Programa da Fundação de Ciência Nacional. “Os pesquisadores combinaram diversas das instalações NOIRLab da NSF para realizar essa descoberta”. 

O que despertou o interesse dos astrônomos foi a observação de um fluxo de energia emanado pelo quasar que se deslocava a altíssima velocidade, o equivalente a  20% da velocidade da luz. “ Isso pode impactar inclusive a formação da galáxia onde o quasar está situado”, diz Jinyi Yang, um dos pesquisadores. Esse é o exemplo mais antigo conhecido de um quasar que “esculpiu” o crescimento de sua galáxia hospedeira, tornando J0313-1806 um alvo promissor para futuras observações. 

A galáxia que hospeda o J0313-1806 está passando por um período de  formação de novas estrelas, que estão surgindo a uma velocidade 200 vezes superior ao que observamos na Via Láctea. A combinação dessa formação estelar intensa, o quasar luminoso, e o fluxo de energia em alta velocidade emitido pelo J0313-1806 faz com que ele e sua galáxia hospedeira sejam um laboratório natural promissor para o entender o desenvolvimento de  buracos negros supermassivos e suas galáxias hospedeiras no Universo antigo. 

“Esse seria um alvo bom para investigar a formação dos buracos negros mais antigos”, concluiu Feige Wang. “

 

Publicado em 20/01/2021

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