Uma equipe internacional de astrônomos liderada por pesquisadores da Universidade Waseda e da Universidade Tohoku descobriu um quasar incomum no universo primitivo que contém um dos buracos negros supermassivos de crescimento mais rápido conhecido pelo seu tamanho. Dados do telescópio Subaru mostram uma surpreendente mistura de características. Os quasares sugam material em taxas extremamente altas enquanto emitem raios X intensos e poderosos jatos de rádio. Muitas teorias existentes sugerem que estas características não deveriam ocorrer juntas, tornando este objeto uma descoberta rara e reveladora. As observações fornecem novos insights sobre como os buracos negros supermassivos cresceram tão rapidamente no universo primitivo.
Os buracos negros supermassivos têm milhões a bilhões de vezes a massa do Sol e estão localizados no centro da maioria das galáxias. Eles aumentam de tamanho sugando o gás circundante. À medida que este material espirala para dentro, forma um disco de acreção rotativo e pode excitar uma região densa de plasma extremamente quente chamada coroa, uma fonte chave de raios-X. Em alguns casos, o sistema também produz jatos estreitos que brilham intensamente em comprimentos de onda de rádio. Quando os buracos negros estão ativos e extremamente luminosos, são chamados de quasares. Uma grande questão sem resposta permanece como é que algumas destas estrelas gigantes se tornaram tão massivas tão cedo na história do Universo.
Além do limite de crescimento do buraco negro
Uma explicação proposta para o rápido crescimento inicial é o acréscimo super-Eddingtoniano. Em condições normais, a radiação libertada pelo material que chega é empurrada para fora, limitando a rapidez com que um buraco negro pode crescer. Este limite superior teórico é denominado limite de Eddington. No entanto, alguns ambientes extremos podem permitir que um buraco negro exceda este limite num curto período de tempo, causando um rápido aumento de massa.
Para investigar se este crescimento ocorreu no Universo primitivo, os investigadores usaram o Espectrógrafo de Infravermelho Próximo (MOIRCS) do Telescópio Subaru. Ao seguir o movimento do gás perto do quasar e analisar a linha de emissão de Mg II (2800 Å), estimaram a massa do buraco negro. Com base em medições de raios X, os resultados indicam que buracos negros supermassivos existiram há cerca de 12 mil milhões de anos e estavam a acumular matéria a uma taxa cerca de 13 vezes superior ao limite de Eddington.
Um quasar que supera as expectativas
O que há de único neste objeto é como ele se comporta sob diferentes comprimentos de onda de luz. Muitos modelos teóricos prevêem que durante o crescimento do Super-Eddington, mudanças na estrutura interna do fluxo de acreção enfraquecerão a emissão de raios X e suprimirão a atividade do jato. Em contraste, este quasar permanece brilhante em raios X e tem alta intensidade de rádio. Os resultados mostram que o buraco negro está a crescer a taxas extremamente elevadas, mantendo ao mesmo tempo uma coroa ativa e jatos poderosos. Esta combinação incomum sugere processos físicos que não são totalmente explicados pelos modelos atuais.
A equipa acredita que os quasares podem ter sido observados durante um breve período de transição, possivelmente após um súbito influxo de gás. Neste caso, um rápido aumento na matéria disponível leva o buraco negro a um estado super-Eddingtoniano. Por um tempo limitado, tanto a coroa emissora de raios X quanto os jatos de rádio permanecem com alta energia e, então, o sistema entra gradualmente em um modo de crescimento mais típico.
Se esta explicação estiver correta, o objeto proporciona uma rara oportunidade para estudar o crescimento dos buracos negros ao longo do tempo no Universo primitivo, um passo importante para explicar como os buracos negros supermassivos se formaram tão rapidamente.
Impacto na evolução galáctica
O forte sinal de rádio indicava que o jato carregava energia suficiente para afetar o ambiente ao seu redor. Esses jatos podem aquecer ou destruir o gás dentro da galáxia hospedeira, afetando potencialmente a formação de estrelas e afetando a forma como a galáxia e o seu buraco negro central co-evoluem. A relação entre o crescimento do Super-Eddington e o feedback dos jatos ainda não é bem compreendida, e este quasar fornece um ponto de referência valioso para testar novas ideias.
A autora principal, Sakiko Obuchi (Universidade Waseda), disse:
“Esta descoberta pode aproximar-nos da compreensão de como os buracos negros supermassivos se formaram tão rapidamente no Universo primitivo. Queríamos estudar o que alimenta as emissões invulgarmente fortes de raios-X e rádio, e se objetos semelhantes estão escondidos nos dados da pesquisa.”
Os resultados foram publicados como Obuchi et al. “Descoberta de um quasar radio-alto luminescente de raios X em z = 3,4: uma possível fase transicional super-Eddington”, em O Jornal Astrofísico 21 de janeiro de 2026.
Esta pesquisa foi apoiada por um subsídio para pesquisa científica (Grant Nos.: 25K01043, 23K13154, 22H00157), o Programa Florestal JST (JPMJFR2466) e um subsídio de pesquisa da Fundação Inamori.
O Telescópio Subaru é um observatório infravermelho óptico de grande escala operado pelo Observatório Astronômico Nacional do Japão e pelo Instituto Nacional de Ciências Naturais, e é apoiado pelo Projeto do Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia para Promover Grandes Fronteiras Científicas. A equipa reconheceu e respeitou o significado cultural, histórico e natural do vulcão Mauna Kea, no Havai, a partir do qual conduziram estas observações.
