Pela primeira vez, a luz das estrelas foi detectada em galáxias queimando intensamente com a fúria de alimentar buracos negros no primeiro bilhão de anos de existência do Universo.
É lógico que esses buracos negros supermassivos ativos – conhecidos como quasares – teriam galáxias ao seu redor. Mas estendidos por distâncias tão grandes, qualquer luz estelar dentro deles era anteriormente impossível de detectar, deixando os astrônomos questionando como tais objetos monstruosos se formam e crescem em um espaço de tempo tão curto.
Agora, com dados combinados do Telescópio Subaru no Havaí e do Telescópio Espacial James Webb, uma grande equipe internacional conseguiu sondar duas galáxias quasares no início do Universo para aprender mais sobre esse momento misterioso na história de tudo.
A pesquisa foi liderada pelos astrofísicos Xuheng Ding e John Silverman do Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo (Kavli IPMU) no Japão e Masafusa Onoue do Instituto Kavli de Astronomia e Astrofísica na China.
“Esta é a primeira vez que vimos galáxias hospedeiras de uma idade tão precoce do Universo. Isso só é possível graças às imagens profundas do James Webb, que nos permitem modelar e subtrair a luz do quasar para revelar a galáxia hospedeira,” explica o astrônomo Chien-Hsiu Lee, do Observatório W. M. Keck.
“Já vimos quasares desta era anteriormente, mas eles eram tão brilhantes que era impossível subtrair sua luz para revelar a galáxia hospedeira”.
Os próprios buracos negros não emitem nenhuma luz que possamos detectar atualmente. Eles são famosos por isso, na verdade.
Mas um buraco negro ativo é um assunto ligeiramente diferente. Bem, não o buraco negro; isso ainda é o mais escuro possível. É o que está acontecendo no espaço ao seu redor. Um buraco negro ativo é aquele que tem material suficiente em sua vizinhança para se alimentar. Esse material gira em torno do buraco negro, aquecido a milhões de graus por fricção e gravidade, de modo que se ilumina em todo o espectro eletromagnético.
Há tanto material girando em torno de um quasar que ele brilha positivamente através das eras do espaço-tempo. É assim que podemos vê-los brilhando na Aurora Cósmica, o período que abrange o primeiro bilhão de anos após o Big Bang. Mesmo lá, eles ainda são relativamente fracos; você nunca veria um quasar da Cosmic Dawn a olho nu ou com um telescópio de quintal, mas nos últimos anos nossos poderosos telescópios os encontraram em números crescentes.
Isso levantou todos os tipos de questões, como: como obtemos buracos negros supermassivos tão grandes, logo após o Big Bang? Como são seus ambientes galácticos? Ainda estamos um pouco perdidos na primeira pergunta, mas finalmente estamos obtendo respostas na segunda.
As duas galáxias quasares em questão são chamadas de HSC J2236+0032 e HSC J2255+0251, e as estamos observando aproximadamente 860 milhões de anos após o Big Bang. Eles foram encontrados em uma pesquisa feita usando o Subaru, com o James Webb sendo chamado para estudá-los com mais detalhes.
Os buracos negros supermassivos nos centros dessas duas galáxias quasares têm 1,4 bilhão e 200 milhões de vezes a massa do Sol, respectivamente. Isso permite que restrições sejam colocadas na quantidade de luz gerada pela atividade do buraco negro, já que há um limite para a taxa na qual um buraco negro pode se alimentar.
Os pesquisadores subtraíram essa luz das observações do James Webb, o que os deixou com a luz gerada pelas galáxias hospedeiras: a luz de suas estrelas brilhando.
Ainda mais do que isso, porém, a luz das galáxias permitiu aos pesquisadores calcular as massas das galáxias – 130 bilhões e 30 bilhões de massas solares, respectivamente.
Isso é importante porque nos diz algo que não sabíamos sobre as primeiras galáxias do Universo. As massas de buracos negros supermassivos e suas galáxias no Universo próximo estão ligadas. Se você conhece a massa de um buraco negro, a massa de uma galáxia ao seu redor pode ser prevista e vice-versa, mesmo para galáxias pequenas.
Não temos certeza do porquê disso, se é alguma propriedade do buraco negro que limita o crescimento das galáxias além de um certo ponto, ou se as galáxias e os buracos negros supermassivos crescem juntos, mas encontrar buracos negros no início do Universo pode nos dar algumas pistas.
J2236+0032 e J2255+0251 foram consistentes com esta razão de massa entre um buraco negro supermassivo e sua galáxia. Isso sugere que essa relação já existia quando surgiram os primeiros buracos negros supermassivos. E dá aos astrônomos um novo ponto de dados para trabalhar enquanto modelam a evolução inicial do Universo para entender como as coisas se desenrolaram durante o Amanhecer Cósmico.
Se é ou não verdade para todas as galáxias do Universo primitivo, ainda precisa ser investigado. Duas galáxias não é uma amostra tremendamente grande, então os pesquisadores vão voltar para mais. Eles reservaram mais tempo de observação com o James Webb e esperam aprender mais sobre como as primeiras galáxias se formaram.
“As observações James Webb em andamento nos fornecerão uma amostra significativamente maior”, escrevem eles em seu artigo, “permitindo-nos restringir melhor os modelos para a evolução mútua do buraco negro e das populações estelares nas galáxias”.
Publicado em 02/07/2023 23h16
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