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Telescópio Espacial James Webb descobre um buraco negro que se formou antes de sua galáxia hospedeira
As observações de galáxias antigas chamadas “Little Red Dots” pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) poderiam finalmente responder à pergunta: o que vem primeiro, o buraco negro ou a sua galáxia? Acontece que a resposta não é a que os cientistas esperavam e poderia, portanto, representar uma mudança completa de paradigma na nossa compreensão de como os buracos negros crescem.
Pequenos pontos vermelhos foram avistados pela primeira vez em 2022 pelo JWSTapresentando-se imediatamente aos astrônomos como algo completamente novo, talvez um tipo de galáxia nunca vista antes. O mistério destes objetos aprofundou-se quando os cientistas descobriram que são notavelmente comuns no universo infantil, mas parecem desaparecer cerca de 1,5 mil milhões de anos após o nascimento. Big Bang. Mas os Pequenos Pontos Vermelhos estão longe de ser o único mistério cósmico que o JWST deixou cair nas mãos dos cientistas.
O telescópio espacial de US$ 10 bilhões também descobriu uma riqueza de buracos negros supermassivos com massas de milhões a bilhões de vezes a do Sol antes de o universo ter 1 bilhão de anos. Isto é problemático porque sempre se pensou que os processos de alimentação e fusão que permitem que os buracos negros crescessem até ao estado supermassivo demorassem mais de mil milhões de anos.
Este novo estudo de Little Red Dots pelo JWST indica que talvez os buracos negros supermassivos tenham nascido diretamente, sem a necessidade de uma estrela massiva para viver por milhões de anos antes de entrar em colapso para dar origem a uma estrela de massa estelar. buraco negro. Significa também que estes primeiros buracos negros supermassivos não precisariam de se empanturrar de grandes quantidades de gás e poeira das suas galáxias hospedeiras para crescerem. Isso significa que esses buracos negros podem se formar antes as galáxias que eventualmente irão hospedá-los se unem.
“Esta é uma descoberta notável”, disse Roberto Maiolino, membro da equipe, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, em um comunicado. “É uma mudança de paradigma, uma revisitação total dos cenários clássicos de como os buracos negros se formam e crescem.” A pesquisa da equipe foi publicada nesta quarta-feira (27 de maio) nos periódicos Natureza e o Avisos mensais da Royal Astronomical Society
Pequenos pontos vermelhos colocam buracos negros no local com a ajuda de Einstein
Para chegar à sua conclusão, os cientistas concentraram-se no Pequeno Ponto Vermelho designado Abell2744-QSO1 (QSO1), que existiu 700 milhões de anos após o Big Bang. Isto significa que a luz desta antiga galáxia, que tem apenas 1.300 anos-luz de largura, tem viajado para a Terra há pouco mais de 13 bilhões de anos.
O QSO1 é mais fácil de estudar do que outros Little Red Dots devido a um fenômeno chamado lente gravitacional.
Sugerido pela primeira vez por Einstein em 1915as lentes gravitacionais ocorrem quando um objeto de grande massa fica entre um objeto de fundo mais distante e a Terra. À medida que a luz passa por esse objeto intermediário ou “lente”, seu caminho é curvado pela deformação no espaço-tempo que o corpo da lente causa; quanto mais perto do objeto a luz passa, mais curvo é o seu caminho. Isto significa que a luz dos objetos de fundo pode chegar aos nossos telescópios em momentos diferentes, ampliando assim o objeto de fundo.
No caso do QSO1, este Pequeno Ponto Vermelho está sendo lente gravitacionalmente pelo aglomerado de galáxias Abell 2744, também conhecido como Aglomerado de Pandora.
Os investigadores inicialmente pensaram que o QSO1 era na verdade apenas um buraco negro supermassivo com uma massa 40 milhões de vezes maior que a do Sol, rodeado por uma nuvem de hidrogénio e gás hélio. No entanto, os cientistas não podiam ter certeza absoluta sobre a massa deste buraco negro.
“Até agora, todas as medições de massa de buracos negros no universo primitivo eram indiretas, baseadas em suposições baseadas no que sabemos sobre eles no universo local”, disse Francesco D’Eugenio, membro da equipe, também da Universidade de Cambridge. “Não sabíamos se essas suposições realmente se aplicavam ao universo distante”.
Esta equipa concluiu que se o coração do buraco negro do QSO1 for tão massivo como se pensava inicialmente, então a sua massa deveria ser observável no movimento do gás que gira à sua volta. Eles, portanto, usaram o JWST NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) para mapear o movimento desse gás, descobrindo que ele orbita um ponto central semelhante a como os planetas do sistema solar orbitam o sol, um fenômeno chamado Movimento Kepleriano.
“Isto é importante porque nos diz que a maior parte da massa do QSO1 está concentrada no buraco negro no centro”, disse o co-líder da equipa, Ignas Juodžbalis, da Universidade de Cambridge. “Se a massa fosse mais distribuída, como seria se houvesse muitas estrelas, o gás não teria esta rotação Kepleriana perfeita”.
Isto permitiu à equipa medir diretamente a massa do buraco negro central do QSO1 pela primeira vez.
“Este é um resultado fenomenal”, acrescentou Maiolino. “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 as medições anteriores.”
Isto revelou que, com 50 milhões de massas solares, o buraco negro supermassivo representa incríveis 66% da massa total deste Pequeno Ponto Vermelho. Essa é uma proporção milhares de vezes maior do que a proporção entre a massa do buraco negro supermassivo e a massa da galáxia encontrada no universo local.
Essa proporção indica que este buraco negro não pode ter nascido de uma estrela em colapso e alimentado gradualmente a partir da galáxia circundante, indicando que nasceu “grande” e agora tem o que acabará por se tornar uma galáxia a tomar forma à sua volta.
Ainda há mistérios a resolver em torno do buraco negro do QSO1, especialmente questões sobre como ele se formou. A equipe pensa que o buraco negro poderia ter crescido a partir de um “semente pesada“nasceu de uma nuvem de gás e poeira em colapso. Ou, alternativamente, poderia ter nascido diretamente durante os momentos iniciais do Big Bang através de um processo ainda desconhecido
O que a equipe tem relativa certeza é que o QSO1 não pode ser raro entre os Pequenos Pontos Vermelhos no universo primitivo. Eles estão agora avaliando outros Pequenos Pontos Vermelhos para determinar se eles também abrigam buracos negros supermassivos com galáxias em processo de formação ao seu redor.
