É uma bonança! O universo está absolutamente repleto de buracos negros. Os pesquisadores sabem disso há muito tempo, mas os buracos negros menos massivos que existiam no início do universo eram muito fracos para serem detectados – isso até o Telescópio Espacial James Webb começar a fazer observações. Os pesquisadores por trás do Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey estão entre os primeiros a começar a extrair esses objetos brilhantes e extremamente distantes das imagens e dados altamente detalhados do James Webb.
Primeiro: o buraco negro supermassivo ativo mais distante já encontrado – pouco mais de 570 milhões de anos após o big bang. Está no lado menor, mais semelhante à massa do buraco negro supermassivo no centro de nossa galáxia, a Via Láctea, do que aos “monstros” extremamente grandes que vislumbramos antes com outros telescópios. Os pesquisadores do CEERS também identificaram mais dois pequenos buracos negros no início do universo, juntamente com quase uma dúzia de galáxias extremamente distantes. Essas descobertas iniciais sugerem que buracos negros e galáxias menos massivos podem ter sido mais comuns no início do universo do que se pensava anteriormente.
Pesquisadores descobriram o buraco negro supermassivo ativo mais distante até hoje com o Telescópio Espacial James Webb. A galáxia, CEERS 1019, surgiu pouco mais de 570 milhões de anos após o big bang, e seu buraco negro é menos massivo do que qualquer outro já identificado no início do universo. Além disso, eles facilmente “sacudiram” mais dois buracos negros que também estão no lado menor e existiram 1 e 1,1 bilhão de anos após o big bang. O James Webb também identificou onze galáxias que existiam quando o universo tinha 470 a 675 milhões de anos. A evidência foi fornecida pela pesquisa Webb’s Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), liderada por Steven Finkelstein, da Universidade do Texas em Austin. O programa combina imagens altamente detalhadas do infravermelho próximo e médio do James Webb e dados conhecidos como espectros, todos usados para fazer essas descobertas.
O CEERS 1019 não é apenas notável por quanto tempo atrás ele existiu, mas também por quão relativamente pequeno seu buraco negro pesa. Este buraco negro tem cerca de 9 milhões de massas solares, muito menos do que outros buracos negros que também existiram no início do universo e foram detectados por outros telescópios. Esses gigantes normalmente contêm mais de 1 bilhão de vezes a massa do Sol – e são mais fáceis de detectar porque são muito mais brilhantes. (Eles estão “comendo” ativamente matéria, que se ilumina enquanto gira em direção ao buraco negro.) O buraco negro dentro da CEERS 1019 é mais semelhante ao buraco negro no centro de nossa galáxia, a Via Láctea, que tem 4,6 milhões de vezes a massa do sol. Este buraco negro também não é tão brilhante quanto os gigantes mais massivos detectados anteriormente. Embora menor, esse buraco negro existia há tanto tempo que ainda é difícil explicar como se formou logo após o início do universo. Os pesquisadores sabem há muito tempo que buracos negros menores devem ter existido anteriormente no universo, mas não foi até o James Webb começar a observar que eles foram capazes de fazer detecções definitivas. (A CEERS 1019 pode manter esse recorde apenas por algumas semanas – as alegações sobre outros buracos negros mais distantes identificados pelo James Webb estão sendo cuidadosamente revisadas pela comunidade astronômica.)
Os dados do James Webb estão praticamente transbordando de informações precisas que tornam essas confirmações tão fáceis de extrair dos dados. “Observar este objeto distante com este telescópio é como observar dados de buracos negros que existem em galáxias próximas à nossa”, disse Rebecca Larson, da Universidade do Texas em Austin, que liderou esta descoberta. “Existem tantas linhas espectrais para analisar!” A equipe não apenas conseguiu desvendar quais emissões no espectro são do buraco negro e quais são de sua galáxia hospedeira, mas também identificar quanto gás o buraco negro está ingerindo e determinar a taxa de formação estelar de sua galáxia.
A equipe descobriu que esta galáxia está ingerindo o máximo de gás possível, ao mesmo tempo em que produz novas estrelas. Eles se voltaram para as imagens para explorar por que isso poderia acontecer. Visualmente, o CEERS 1019 aparece como três aglomerados brilhantes, não como um único disco circular. “Não estamos acostumados a ver tanta estrutura em imagens a essas distâncias”, disse Jeyhan Kartaltepe, membro da equipe do CEERS, do Instituto de Tecnologia de Rochester, em Nova York. “Uma fusão de galáxias pode ser parcialmente responsável por alimentar a atividade no buraco negro desta galáxia, e isso também pode levar ao aumento da formação de estrelas.”
Mais buracos negros extremamente distantes e galáxias entram em cena
A Pesquisa CEERS é extensa e há muito mais para explorar. O membro da equipe Dale Kocevski do Colby College em Waterville, Maine, e a equipe rapidamente identificaram outro par de pequenos buracos negros nos dados. O primeiro, dentro da galáxia CEERS 2782, foi o mais fácil de identificar. Não há poeira obscurecendo a visão do James Webb, então os pesquisadores puderam determinar imediatamente quando seu buraco negro existiu na história do universo – apenas 1,1 bilhão de anos após o big bang. O segundo buraco negro, na galáxia CEERS 746, existia um pouco antes, 1 bilhão de anos após o big bang. Seu brilhante disco de acreção, um anel feito de gás e poeira que circunda seu buraco negro supermassivo, ainda está parcialmente encoberto pela poeira. “O buraco negro central é visível, mas a presença de poeira sugere que ele pode estar dentro de uma galáxia que também está bombeando estrelas furiosamente”, explicou Kocevski.
Como o do CEERS 1019, esses dois buracos negros também são “pesos leves” – pelo menos quando comparados aos buracos negros supermassivos conhecidos anteriormente nessas distâncias. Eles têm apenas cerca de 10 milhões de vezes a massa do Sol. “Os pesquisadores sabem há muito tempo que deve haver buracos negros de menor massa no início do universo. O James Webb é o primeiro observatório que pode capturá-los com tanta clareza”, acrescentou Kocevski. “Agora pensamos que buracos negros de menor massa podem estar por toda parte, esperando para serem descobertos.” Antes do James Webb, todos os três buracos negros eram fracos demais para serem detectados. “Com outros telescópios, esses alvos parecem galáxias formadoras de estrelas comuns, não buracos negros supermassivos ativos”, acrescentou Finkelstein.
Os espectros sensíveis do James Webb também permitiram que esses pesquisadores medissem distâncias precisas e, portanto, as idades das galáxias no início do universo. Os membros da equipe Pablo Arrabal Haro do NOIRLab da NSF e Seiji Fujimoto da Universidade do Texas em Austin identificaram 11 galáxias que existiam 470 a 675 milhões de anos após o big bang. Além de estarem extremamente distantes, é notável o fato de tantas galáxias brilhantes terem sido detectadas. Os pesquisadores teorizaram que o James Webb detectaria menos galáxias do que as encontradas a essas distâncias. “Estou impressionado com a quantidade de espectros altamente detalhados de galáxias remotas que o James Webb retornou”, disse Arrabal Haro. “Esses dados são absolutamente incríveis.”
Essas galáxias estão formando estrelas rapidamente, mas ainda não são tão enriquecidas quimicamente quanto as galáxias muito mais próximas de casa. “o James Webb foi o primeiro a detectar algumas dessas galáxias”, explicou Fujimoto. “Este conjunto, junto com outras galáxias distantes que podemos identificar no futuro, pode mudar nossa compreensão da formação estelar e evolução galáctica ao longo da história cósmica”, acrescentou.
Estas são apenas as primeiras descobertas inovadoras da pesquisa CEERS. “Até agora, a pesquisa sobre objetos no início do universo era amplamente teórica”, disse Finkelstein. “Com o James Webb, não só podemos ver buracos negros e galáxias a distâncias extremas, como também podemos começar a medi-los com precisão. Esse é o tremendo poder deste telescópio.” No futuro, é possível que os dados do James Webb também possam ser usados para explicar como os primeiros buracos negros se formaram, revisando os modelos dos pesquisadores de como os buracos negros cresceram e evoluíram nas primeiras centenas de milhões de anos da história do universo.
Publicado em 08/07/2023 10h48
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