James Webb revela crescimento rápido de buraco negro primordial

No coração da Via Láctea, há um buraco negro com uma massa cerca de quatro milhões de vezes a Sol, chamado Sagitário A*. Na verdade, esses objetos residem no centro da maioria das galáxias.

Porém, desde que o telescópio James Webb, da Nasa, entrou em operação em 2022, os astrônomos ficaram surpresos ao encontrar buracos negros supermassivos habitando o Universo primitivo.

Novas observações de um desses buracos negros primordiais dão pistas sobre como isso pode ter ocorrido, por meio de episódios de crescimento superacelerado. As informações constam de uma pesquisa publicada na última segunda-feira (4) na revista Nature Astronomy.

Os buracos negros são objetos extremamente densos com gravidade tão forte que nem mesmo a luz pode escapar. Com sua imensa atração gravitacional, eles crescem em massa ao sugar, por exemplo, gás, poeira e estrelas que se aproximam deles.

"A existência de buracos negros supermassivos no início do Universo desafia nossos modelos atuais de formação e crescimento de buracos negros", afirmou a astrônoma Hyewon Suh, do Observatório Gemini, no Havaí, e do NOIRLab, da Fundação Nacional de Ciências dos EUA. Ela é a autora principal do estudo.

As novas observações do Webb envolvem um buraco negro supermassivo chamado LID-568, que existia quando o cosmos tinha cerca de 11% de sua idade atual —por volta de 1,5 bilhão de anos após o Big Bang, há 13,8 bilhões de anos. Sua massa é cerca de 10 milhões de vezes maior que a do Sol, ou seja, superior a de Sagitário A*. Os pesquisadores ainda não determinaram a massa de sua galáxia hospedeira.

O LID-568 foi observado ganhando massa a uma velocidade mais rápida do que se pensava ser possível. O Webb mostrou que esse buraco negro parecia consumir material em queda —conhecido como acreção— a mais de 40 vezes o limite máximo hipotético, chamado limite de Eddington, para tal atividade.

"O limite de Eddington é um limite teórico para a produção máxima de energia que o buraco negro pode gerar por meio do processo de acreção. Esse limite teórico pressupõe que a força externa da radiação produzida durante o processo de acreção equilibra a gravidade do material em queda", explicou a astrônoma e coautora do estudo Julia Scharwächter, do Observatório Gemini e do NOIRLab.

Acredita-se que esses buracos negros primordiais tenham se originado de duas maneiras, após a morte explosiva da primeira geração de estrelas do Universo ou por meio do colapso de grandes nuvens de gás presentes no início do Universo.

"A descoberta do LID-568 sugere que uma parte significativa do crescimento de massa pode ocorrer durante um único episódio de rápida acreção. Isso poderia ajudar a explicar como os buracos negros supermassivos se formaram tão cedo no Universo, independentemente de como tenham se originado", afirmou Suh.

"Até agora, faltava confirmação observacional de como esses buracos negros poderiam crescer tão rapidamente no início do Universo", acrescentou Suh.

Um sinal chave de um buraco negro supermassivo em crescimento é a emissão de raios X, radiação eletromagnética de alta energia com comprimentos de onda muito curtos.

O material que gira em torno de um buraco negro supermassivo antes de ser consumido é superaquecido e brilha intensamente em comprimentos de onda de raios X. Os pesquisadores avistaram primeiro o LID-568 usando o Observatório de raios X Chandra, da Nasa, e depois o estudaram mais de perto usando as capacidades de observação infravermelha do James Webb.

As observações de telescópio sugerem a existência de algum tipo de mecanismo pelo qual um buraco negro pode engolir material a um ritmo mais rápido do que se acreditava ser possível.

"O LID-568 é notável devido à sua taxa de crescimento extrema e ao fato de existir tão cedo no Universo", destacou Suh. "Ainda não sabemos como ele é capaz de exceder o limite de Eddington. Precisamos de mais dados para investigar isso, então estamos planejando realizar observações de acompanhamento com Webb."