James Webb descobre buracos negros intrigantes no início do Universo

Utilizando o Telescópio Espacial James Webb (JWST), da NASA, uma equipe de astrônomos fez uma descoberta intrigante: buracos negros supermassivos no Universo primitivo que desafiam as proporções observadas nas galáxias atuais. Os gigantes cósmicos observados pelo time, que se formaram em galáxias jovens, têm uma massa surpreendentemente alta em relação às estrelas ao redor.

Normalmente, os buracos negros supermassivos encontrados em galáxias próximas à Via Láctea correspondem a cerca de 0,01% da massa estelar da galáxia que os abriga. Em outras palavras, para cada 10 mil massas solares (medida baseada na massa do Sol) em estrelas, há aproximadamente uma no buraco negro central. 

No entanto, o estudo recente revelou que, no início do Universo, alguns buracos negros tinham o equivalente a 10% da massa estelar de suas galáxias. Isso significa que, para cada 10 mil massas solares de estrelas, esses buracos negros acumulavam mil massas solares – um desvio impressionante.

Cientistas tentam resolver o enigma

“Os buracos negros supermassivos que observamos são muito mais pesados em relação às galáxias que os hospedam do que esperávamos”, disse Jorryt Matthee, pesquisador do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA), em entrevista ao site Space.com. Ele liderou o estudo, que foi descrito em um artigo disponível no repositório científico arXiv, que aguarda revisão por pares. “Isso nos aproxima de entender como esses gigantes cresceram tão rápido no início do Universo”.

De acordo com a pesquisa, estima-se que esses buracos negros supermassivos começaram a se formar menos de um bilhão de anos após o Big Bang, um período extremamente curto em termos cósmicos. 

A questão é que o crescimento típico de buracos negros, por fusões e pelo consumo de matéria, normalmente levaria mais de um bilhão de anos para atingir tamanhos tão colossais – e as observações do JWST desafiam os modelos tradicionais de formação e crescimento desses objetos no Universo inicial.

James Webb identifica “pequenos pontos vermelhos”

Entre as descobertas mais marcantes feitas pelo telescópio James Webb estão galáxias diminutas extremamente distantes e brilhantes, chamadas de “pequenos pontos vermelhos”. Essas galáxias, que existiram no primeiro bilhão e meio de anos do Universo, abrigam discos de gás e poeira conhecidos como discos de acreção, que orbitam os buracos negros supermassivos. 

Esses discos emitem intensas radiações eletromagnéticas, criando o que os astrônomos chamam de núcleo galáctico ativo (AGN). “A luz que vemos desses objetos, em especial o tom avermelhado, vem dos discos de acreção ao redor dos buracos negros supermassivos”, explica Matthee. 

As pequenas galáxias de ponto vermelho, localizadas em uma região do céu mapeada em 3D pelo JWST, estão a cerca de 12,5 bilhões de anos-luz de distância. Sua distribuição segue uma estrutura chamada “teia cósmica”, onde galáxias se agrupam em filamentos conectados, como se fossem fios de uma gigantesca rede.

Curiosamente, essas galáxias apresentam características incomuns para AGNs. Elas emitem menos raios-X e têm uma emissão infravermelha atípica, dificultando o entendimento de sua natureza – o que torna as “pequenas galáxias de ponto vermelho” um dos aspectos mais intrigantes da pesquisa.

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Buracos negros em rápida evolução

Os astrônomos acreditam que, no início do Universo, os buracos negros supermassivos cresceram de forma muito mais eficiente do que no período atual. Um dos fatores que pode ter facilitado esse crescimento rápido é a alta densidade de gás e matéria ao redor desses buracos negros nas galáxias primitivas.

“Provavelmente, o crescimento extremamente rápido desses buracos negros foi impulsionado pelas condições densas do Universo primordial”, sugere Matthee, explicando que isso pode ter gerado um ciclo em que a formação de estrelas e o aumento de massa dos buracos negros estavam interligados, criando as proporções observadas.

No entanto, essa hipótese ainda precisa ser confirmada. Outras possibilidades incluem a formação desses gigantes a partir do colapso direto de enormes nuvens de gás e poeira, resultando em “sementes” de buracos negros já muito massivas.

Uma das prioridades da equipe de pesquisa é eliminar a possibilidade de que os resultados sejam influenciados por erros de medição ou por um viés de seleção, que pode ter destacado os buracos negros mais ativos e massivos. Para isso, será necessário estudar mais pequenas galáxias de ponto vermelho e aprimorar as técnicas de observação.

Webb tem papel fundamental no estudo do início do Universo

Sem o JWST, a identificação dessa nova população de AGNs no Universo inicial não seria possível. Além disso, o equipamento permitiu a criação de mapas 3D precisos que ajudam a compreender como essas galáxias primitivas estão distribuídas na teia cósmica.

“Ainda estamos no início desse campo de pesquisa, mas o JWST abriu um novo capítulo no estudo do cosmos primordial”, conclui Matthee. A equipe espera que futuras observações ajudem a esclarecer as origens e o crescimento rápido dos buracos negros supermassivos, além de revelar mais sobre as propriedades das galáxias que os abrigam.

A descoberta de buracos negros tão massivos no início do Universo pode reescrever as teorias sobre como eles se formam e evoluem. Se confirmado, o crescimento acelerado dos buracos negros supermassivos nas primeiras galáxias aponta para uma ligação estreita entre a formação de estrelas e o comportamento desses gigantes.

Desafiando os modelos tradicionais de evolução cósmica, os resultados desse estudo mostram que ainda há muito a aprender sobre os processos que moldaram o Universo nos seus primeiros bilhões de anos.

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