Enquanto procurava no início do universo as origens de galáxias antigas, o Telescópio Espacial James Webb descobriu algo inesperado escondido no núcleo da galáxia. Esta é uma descoberta que pode mudar a nossa visão do universo primitivo.
Os cientistas há muito que pensam que as galáxias evoluíram primeiro e que os buracos negros nos seus centros se formaram após o colapso de grandes estrelas. Mas as observações recentes de Webb contam uma história diferente. O telescópio capturou evidências de um buraco negro supermassivo evoluindo inicialmente sem uma galáxia hospedeira para alimentá-lo.
As observações de Webb podem finalmente fornecer uma resposta à questão celeste da galinha ou do ovo, sugerindo que os antigos buracos negros não precisavam de consumir muito do gás e poeira circundantes para crescerem até tamanhos gigantescos.
“Esta é uma descoberta incrível.” Pesquisador da Universidade de Cambridge natureza e Avisos mensais da Royal Astronomical Societydisse Declaração da NASA. “Esta é uma mudança de paradigma que reexamina completamente o cenário clássico de como os buracos negros se formam e crescem.”
Dê uma olhada no tempo
Um dos primeiros fragmentos infravermelhos minúsculos e brilhantes que Webb descobriu foi este: Abell2744-QSO1(QSO1), Isto remonta apenas a 700 milhões de anos após o Big Bang (5% da nossa idade atual). O pequeno ponto vermelho circular foi objeto de lente gravitacional pelo aglomerado de galáxias Abell 2744. Ele parece estar ampliado e disparado três vezes, tornando-o um alvo ideal.
De acordo com observações iniciais do QSO1, É um buraco negro supermassivo com cerca de 40 milhões de vezes a massa do Sol, rodeado por uma nuvem brilhante de hidrogénio e gás hélio. Mas os cientistas não tinham certeza se o buraco negro era realmente tão grande.
“Anteriormente, todas as medições da massa dos buracos negros no universo primitivo eram indiretas, baseadas em suposições sobre o que sabemos sobre os buracos negros no universo local. Não sabíamos se essas suposições realmente se aplicavam ao universo distante”, disse Francesco D’Eugenio, pesquisador da Universidade de Cambridge e coautor do estudo, em um comunicado.
pesar um animal
Para determinar a massa do buraco negro, a equipa de investigação rastreou os efeitos da gravidade no gás que gira em torno do buraco negro e mapeou a distribuição de vários elementos dentro do gás. Usando o espectrógrafo de infravermelho próximo (NIRSpec) de Webb, os cientistas descobriram que o gás orbita um ponto central da mesma forma que os planetas do nosso sistema solar orbitam o sol. Este fenômeno é chamado de movimento Kepler.
“Isto é importante porque nos diz que a maior parte da massa do QSO1 está concentrada no buraco negro central”, disse Ignas Juodžbalis, estudante de pós-graduação da Universidade de Cambridge e principal autor de um dos estudos, num comunicado. “Se a massa estivesse mais dispersa, como acontece com muitas estrelas, o gás não teria uma rotação Kepleriana perfeita.”
Como o movimento Kepleriano é governado pelas leis da gravidade, a equipe utilizou medições da velocidade do gás circundante para calcular diretamente a massa do buraco negro. “Este é um resultado incrível”, disse Maiolino. “Esta é a primeira medição direta da massa de um buraco negro nos primeiros mil milhões de anos após o Big Bang e é consistente com medições anteriores.”
Como resultado, foi revelado que o buraco negro não é apenas supermassivo, com 50 milhões de vezes a massa do Sol, mas também representa cerca de dois terços da massa total do QSO1. Os buracos negros supermassivos normalmente representam apenas uma pequena fração da massa total da sua galáxia natal. Esta descoberta revelou que a proporção entre um buraco negro supermassivo e a sua galáxia é milhares de vezes maior do que a das galáxias próximas.
As descobertas sugerem que estes buracos negros nasceram como meninos grandes, em vez de se formarem a partir do colapso de estrelas e crescerem até tamanhos gigantescos alimentando-se do gás circundante. A composição química do QSO1 também mostra que ele consiste quase inteiramente em hidrogênio e hélio, com poucos elementos pesados, como o oxigênio, comumente encontrados em galáxias ricas em estrelas e remanescentes estelares.
“Parece que descobrimos um buraco negro que não tem uma galáxia hospedeira real e é anterior a processos estelares”, disse Juodžbalis. “Isso é muito interessante porque é evidência de um buraco negro primordial ou em colapso direto teorizado, mas não confirmado.”
