Este misterioso buraco negro no alvorecer dos tempos pesa um bilhão de sóis: WebCuriosos

Um buraco negro descoberto à espreita na Aurora Cósmica é grande demais para ser facilmente explicado. Situada no centro de uma galáxia chamada J1120+0641, ela inclina a balança para bem mais de um bilhão de sóis em massa.

Buracos negros maiores existem hoje ao nosso redor. O problema é o quando da existência de J1120+0641. Menos de 770 milhões de anos após o Big Bang, é difícil descobrir como é que o buraco negro teve tempo para ganhar tanta massa.

Sabemos sobre a galáxia e seu buraco negro superlotado há mais de uma década, e os cientistas tinham ideias sobre como ela surgiu. Agora, observações usando o JWST rejeitaram uma dessas noções. Por todas as medidas tomadas, J1120+0641 parece “chocantemente normal”, deixando em aberto explicações mais exóticas para o ganho de peso do buraco negro.

A descoberta de J1120+0641 foi anunciado em 2011e por alguns anos permaneceu a galáxia quasar mais distante conhecida. Foram alguns bons anos, na verdade. Até onde sabíamos, J1120+0641 era um outlier, com uma possível explicação para seu tamanho ainda em discussão.

Galáxias quasar são galáxias que possuem um buraco negro supermassivo central que se alimenta a uma taxa tremenda. Eles estão cercados por uma vasta nuvem de gás e poeira, que sugam o mais rápido que podem. A fricção e a gravidade em torno do buraco negro aquecem o material, fazendo-o brilhar intensamente.

Mas a velocidade com que um buraco negro pode alimentar-se não é ilimitada. A taxa estável máxima é determinada pelo seu Limite de Eddingtonalém do qual o material aquecido brilha tão intensamente que a pressão de radiação excederia a atração gravitacionalempurrando o material para longe e não deixando nada para o buraco negro se alimentar.

Agora, os buracos negros podem entrar brevemente em acreção super-Eddington, onde ultrapassam esse limite e consomem o máximo de material que podem antes que a pressão da radiação entre em ação. Esta é uma das possíveis explicações para o buraco negro no centro de J1120+. 0641 e, à medida que os encontramos em maior número, outros grandes buracos negros à espreita no início do Universo.

Para procurar sinais de acreção de super-Eddington, os astrónomos precisavam de dados com resolução suficiente para realizar uma análise detalhada da luz da galáxia, procurando assinaturas associadas a processos extremos. E para isso, precisávamos do JWST, o telescópio espacial mais poderoso já construído, otimizado para observar os confins distantes do espaço e do tempo.

O JWST observou a galáxia no início de 2023, e uma equipe liderada pela astrônoma Sarah Bosman, do Instituto Max Planck de Astronomia, na Alemanha, separou a luz que coletou para catalogar as propriedades do material ao redor do buraco negro: um enorme toro de poeira no arredores, e um disco brilhante girando e alimentando o buraco negro.

Esta análise revela que o buraco negro está, na verdade, a alimentar-se de forma bastante normal – não há nada na sua acumulação que pareça significativamente diferente de outras galáxias quasares mais recentes.

Uma possível explicação para estes buracos negros gigantes é que a poeira extra estava a levar os astrónomos a sobrestimar as suas massas. E ainda assim não há sinal de poeira adicional.

Isso significa que J1120+0641 é o que parece ser: uma galáxia quasar bastante normal, com um buraco negro que não está consumindo material a uma taxa superalta. O buraco negro, e a forma como se alimenta, já estavam relativamente maduros na altura em que o observámos, algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang.

“No geral, as novas observações apenas aumentam o mistério: os primeiros quasares eram chocantemente normais,” Bosman diz. “Não importa em que comprimentos de onda os observamos, os quasares são quase idênticos em todas as épocas do Universo.”

Isto significa que a acreção de super-Eddington não é a solução para o crescimento de buracos negros intrigantemente massivos no início dos tempos.

A outra explicação principal é que, para começar, os buracos negros se formaram a partir de “sementes” bastante grandes. Em vez de um processo lento e gradual a partir de algo do tamanho de uma estrela, esta teoria propõe que os buracos negros se formaram a partir do colapso de aglomerados de matéria ou mesmo de estrelas extremamente grandes, com até centenas de milhares de vezes a massa do Sol, dando a sua massa. crescimento é uma vantagem inicial.

À medida que encontramos cada vez mais destes gigantes à espreita no nevoeiro no início do Universo, esta noção parece menos bizarra e mais como a melhor explicação possível que temos para esta época misteriosa na história do nosso Universo.

A pesquisa foi publicada em Astronomia da Natureza.