James Webb descobre pela primeira vez um buraco negro supermassivo de rápido crescimento no Universo primordial

O Universo primitivo com redshifts superiores a 10 era em grande parte um espaço em branco para a astronomia observacional. A partir da mudança da luz para a faixa vermelha, apenas um telescópio infravermelho poderia ver mais longe, o que levou ao nascimento de Webb. As descobertas deram errado. Sim, de tal forma que ameaçam mudar as nossas teorias cosmológicas. O Universo primitivo acabou por não ser um deserto, mas um centro de coisas incríveis, incluindo galáxias massivas maduras e buracos negros supermassivos.

Representação artística de um quasar. Fonte da imagem: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

Uma nova descoberta surpreendente foi a descoberta de um buraco negro supermassivo em rápido crescimento, aproximadamente 700 milhões de anos após o Big Bang. Uma sugestão de sua existência naquela época apareceu após uma das primeiras observações profundas de Webb no verão de 2022 nas proximidades do aglomerado de galáxias supermassivas Abell 2744. Na imagem, três pontos vermelhos brilhantes foram vistos nas laterais e acima do aglomerado, que atraiu a atenção dos astrônomos.

A análise mostrou que este é o mesmo quasar – o centro ativo da galáxia ou um buraco negro supermassivo que se alimenta ativamente, que, graças ao efeito de microlente gravitacional, foi exibido simultaneamente em três lugares no céu. Usando o espectrómetro Webb, bem como o radiotelescópio ALMA e o telescópio de raios X Chandra, um grupo de astrónomos estudou cuidadosamente este objeto e chegou a conclusões de longo alcance.

Medições e modelagens mostraram que o quasar é pesado demais para um objeto tão médio. Sua massa atinge 3% da massa da galáxia hospedeira, enquanto no Universo que nos rodeia a massa dos quasares é geralmente 0,1% da massa das galáxias. A descoberta de um objeto tão massivo e que se alimenta ativamente, como indicado pela sua cor vermelha, e tão cedo após o Big Bang, sugere que os cientistas se depararam com o elo de transição perdido entre o embrião de um buraco negro supermassivo e um quasar brilhante.

Três imagens de A2744-QSO1 tiradas por Webb. Fonte da imagem: Lukas J. Furtak et al. / Natureza, 2024

Os cientistas estão confusos com o número crescente de descobertas de quasares contendo buracos negros supermassivos nos primeiros mil milhões de anos de vida do Universo. Não entendemos o processo de rápido ganho de massa dos buracos negros em um curto período de tempo. Em teoria, as sementes dos buracos negros supermassivos poderiam ser buracos negros nascidos da morte das primeiras estrelas de uma certa grande massa, ou buracos negros que surgiram do colapso direto de nuvens de gás logo após o Big Bang. O objeto A2744-QSO1 descoberto pelos cientistas no redshift z=7,045 apresentou uma alta taxa de crescimento natural, o que pode ajudar a explicar os mecanismos de evolução dos buracos negros supermassivos na fase inicial do desenvolvimento do Universo.

Definitivamente, uma observação não é suficiente para construir modelos matemáticos harmoniosos da evolução dos buracos negros supermassivos. Mas James Webb ajudará a coletar dados suficientes sobre esses objetos, e então os teóricos darão a sua opinião. Até agora eles não têm pressa em destruir os fundamentos cosmológicos, exigindo mais evidências dos fenômenos observados com a ajuda de Webb.