O buraco negro supermassivo mais antigo já encontrado foi identificado

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O buraco negro supermassivo mais antigo já encontrado foi
identificado
Visualização de um buraco negro ativo. (Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/Jeremy Schnittman)
Um objeto à espreita no aurora nebuloso do Universo deu aos astrônomos uma grande surpresa.
Observações coletadas através do Telescópio Espacial James Webb revelaram um buraco negro
supermassivo ativo 9 milhões de vezes a massa do Sol – um que está crescendo ativamente à medida
que atravessa a matéria do espaço ao seu redor.
Com cerca de 570 milhões de anos após o Big Bang, este é o mais antigo buraco negro supermassivo
em crescimento detectado até agora, embora os cientistas esperem que não permaneça o recordista por
muito tempo.
O buraco negro foi encontrado dentro de uma das primeiras galáxias já detectadas, anteriormente
conhecida como EGSY8p7 e desde então renomeada CEERS 1019. Sua descoberta poderia ajudar com
um dos maiores arranhadores de cabeça do Universo primitivo: como os buracos negros no Amanhecer
Cósmico cresceram para tamanhos tão grandes em tão pouco tempo.
Um artigo detalhando a descoberta liderada pela astrofísica Rebecca Larson, da Universidade do Texas
em Austin, aparece em uma edição especial do The Astrophysical Journal.
“Encontramos o núcleo galáctico ativo mais distante (AGN) e o buraco negro mais distante e mais antigo
que já encontramos”, disse Larson ao ScienceAlert.
https://svs.gsfc.nasa.gov/13326
https://www.sciencealert.com/weve-just-seen-a-black-hole-dramatically-flare-to-life-in-the-far-reaches-of-space
https://en.wikipedia.org/wiki/EGSY8p7
https://iopscience.iop.org/collections/apjl-230504-220_Focus-on-CEERS-JWST-Survey
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Diagrama mostrando a luz vista de CEERS 1019. (NASA, ESA, CSA, Leah Hustak/STScI)
Larson estava inicialmente olhando para CEERS 1019 como parte de seu trabalho investigando a luz
produzida pela formação de estrelas no Universo muito cedo.
Esta luz, chamada emissão Lyman-alfa, é pensado para ser gerado pela ionização do hidrogênio neutro
pela atividade de formação de estrelas. O Universo primitivo estava cheio de uma névoa de hidrogênio
neutro, que impedia a propagação da luz; foi somente depois que este hidrogênio foi ionizado que a luz
poderia fluir livremente.
Esta Épíredo de Reionização, como é conhecido, não é totalmente compreendida. Sabemos que ocorreu
nos primeiros bilhões de anos após o Big Bang há 13,8 bilhões de anos, mas ver isso no Universo
primordial é realmente difícil. CEERS 1019 e um punhado de outras galáxias super-early são excelentes
alvos para esta pesquisa, porque eles são relativamente brilhantes.
A galáxia foi identificada nos dados do Hubble em 2015 e, na época, foi a primeira e mais distante
galáxia observada.
Observações subsequentes confirmaram sua existência, mas informações mais detalhadas
permaneceram indescritíveis: a luz mais antiga do Universo mudou até agora para a parte infravermelha
do espectro devido à expansão do Universo de que um poderoso instrumento infravermelho dedicado
como o JWST é necessário para investigá-los.
Então, quando o JWST surgiu, CEERS 1019 – a mais brilhante das galáxias de Hubble a partir desta
época – era um alvo óbvio. O telescópio olhou para a galáxia por apenas uma hora, com todos os quatro
de seus instrumentos, mas retornou uma riqueza de dados.
https://en.wikipedia.org/wiki/Lyman-alpha_line
https://astronomy.swin.edu.au/cosmos/n/neutral+hydrogen
https://www.sciencealert.com/scientists-glimpse-the-universes-first-lights-at-the-dawn-of-time
https://www.sciencealert.com/new-simulation-shows-the-universe-s-lights-being-switched-on-at-the-dawn-of-time
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2041-8205/810/1/L12
https://www.sciencealert.com/astronomers-have-just-found-some-of-the-early-universe-s-missing-galaxies
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“No momento em que eu fiquei tipo, uau, olhe para tudo o que podemos ver com o JWST, vimos toda
essa parte do espectro desta galáxia – e quaisquer galáxias no início do Universo – nunca vimos antes”,
disse Larson à ScienceAlert.
“Eu estava sobrecarregado com a quantidade de informações.”
Mas então Larson notou algo que ela não estava esperando. Além da luz da formação de estrelas, havia
uma ampla característica de emissão geralmente associada ao AGN. Quando ela mencionou isso para
alguns pesquisadores da AGN, as coisas começaram a ficar interessantes.
Normalmente, uma galáxia no Universo primordial emite luz de um AGN ou luz da formação estelar. Ver
os dois na mesma galáxia foi extremamente inesperado.
O campo JWST profundo em que CEERS 1019 foi encontrado. (NASA; ESA; CSA; Steve
Finkelstein, Micaela Bagley, Rebecca Larson/UT Austin)
"Fiquei tão surpreso quanto todos", disse Larson.
https://astronomy.swin.edu.au/cosmos/a/Active+Galactic+Nuclei
https://www.eurekalert.org/multimedia/990906
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“Tivemos todo esse argumento por semanas, quanto a qual deveria ser, deveria ser um ou outro. E
acontece que são os dois. Há algum impacto que o buraco negro está tendo nas linhas de emissão que
estamos vendo, mas a maior parte da luz que vemos em nossas imagens ainda é dominada pela parte
que forma as estrelas da galáxia.
Que um buraco negro supermassivo tenha existido há mais de 13,2 bilhões de anos, e tenha sido visto
crescendo, não é tão surpreendente quanto você imagina.
Buracos negros muito maiores foram detectados no início do Universo; J1342+0928, uma galáxia quasar
detectada 690 milhões de anos após o Big Bang, tem um buraco negro supermassivo a 800 milhões de
sóis. O buraco negro em J0313-1806, 670 milhões de anos pós-Big Bang, foi medido em 1,6 bilhão de
sóis.
Ambos os quasares são dominados pela emissão de AGN. O que o CEERS 1019 parece representar,
acreditam Larson e seus colegas, é um passo intermediário: um ponto entre as galáxias mais tarde,
maiores, dominadas por AGN, e como essas galáxias e seus buracos negros começaram a se formar
em primeiro lugar.
“Nós não sabíamos e ainda não sabemos como os buracos negros nessas galáxias se veem tão grande,
isso no início do Universo”, disse Larson.
“Então, o que descobrimos é o que achamos que poderia ser o progenitor ou a coisa que se transformou
nesses quasares incrivelmente massivos.”
Olhando para o buraco negro supermassivo em CEERS 1019, os pesquisadores pensam que o objeto
se formou a partir do colapso de um objeto massivo, como uma das primeiras estrelas do Universo.
Essas estrelas eram muito, muito maiores do que as estrelas que temos hoje, então o buraco negro de
tal colapso teria tido uma vantagem inicial em seu caminho para se tornar supermassiva.
https://youtu.be/SXN4hpv977s
https://www.sciencealert.com/supermassive-black-hole-quasar-epoch-of-reionisation-j1342-0928
https://www.sciencealert.com/this-quasar-is-the-most-distant-found-yet-over-13-billion-light-years-away
https://www.sciencealert.com/signs-of-monster-stars-10000-times-our-suns-mass-found-at-the-dawn-of-time
https://youtu.be/SXN4hpv977s
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Mas ainda precisaria de um pouco de impulso. Isso poderia ter vindo na forma de acreção periódica de
super-Eddington. O limite de Eddington é a taxa máxima sustentável na qual os buracos negros podem
crescer. Material gira em torno de um buraco negro em um disco, alimentando o buraco negro como
água por um ralo.
Sobre o limite de Eddington, o material está se movendo tão rápido que, em vez de circundar o buraco
negro, ele voa para o espaço. A acreção de Super-Eddington só é possível por curtos períodos; mas, de
acordo com a modelagem da equipe, poderia ser possível em explosões que ajudaram a crescer o
buraco negro no centro do CEERS 1019.
“Não estamos acostumados a ver tanta estrutura em imagens a essas distâncias”, diz Jeyhan Kartaltepe,
membro da equipe do CEERS, e da astronomia Jeyhan Kartaltepe, do Rochester Institute of Technology,
em Nova York.
“Uma fusão de galáxias poderia ser parcialmente responsável por alimentar a atividade no buraco negro
desta galáxia, e isso também poderia levar ao aumento da formação de estrelas.”
Mas a melhor maneira de aprender mais sobre eles é encontrar mais galáxiasintermediárias, e isso
parece extremamente viável.
Como Larson aponta, os resultados vieram de apenas uma hora de observações. Espera-se que as
observações verdadeiramente profundas revelem galáxias mais distantes e ainda mais fracas que
finalmente nos ajudam a entender como o Universo nasceu e como ele cresceu.
"Eu não acho que meu recorde vai ficar por muito tempo", disse Larson. E eu espero que não aconteça,
porque eu acho que isso é mais emocionante, que estamos começando a responder a essas perguntas.
A descoberta foi publicada numa edição especial do The Astrophysical Journal.
Uma versão anterior deste artigo foi publicada em março de 2023.
https://www.sciencealert.com/astronomers-spot-a-strange-black-hole-so-ravenous-it-s-pushing-the-limits-of-physics
https://www.eurekalert.org/news-releases/994678
https://www.sciencealert.com/black-holes
https://iopscience.iop.org/collections/apjl-230504-220_Focus-on-CEERS-JWST-Survey