O primeiro buraco negro supermassivo já encontrado foi identificado

Observações coletadas pelo Telescópio Espacial James Webb revelaram um buraco negro supermassivo ativo com 9 milhões de vezes a massa do Sol – um que está crescendo ativamente à medida que suga a matéria do espaço ao seu redor.

Por volta de apenas 570 milhões de anos após o Big Bang, este é o primeiro buraco negro supermassivo em crescimento detectado até agora, embora os cientistas esperem que não permaneça o detentor do recorde por muito tempo.

O buraco negro foi encontrado dentro de uma das primeiras galáxias já detectadas, anteriormente conhecida como EGSY8p7 e desde então renomeada como CEERS 1019. Sua descoberta pode ajudar com um dos maiores quebra-cabeças do início do Universo: 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.

Larson estava inicialmente olhando para o CEERS 1019 como parte de seu trabalho investigando a luz produzida pela formação estelar no início do Universo.

Acredita-se que essa luz, chamada emissão de Lyman-alfa, seja gerada pela ionização do hidrogênio neutro pela atividade de formação estelar. O Universo primitivo estava cheio de uma névoa de hidrogênio neutro, que impedia a propagação da luz; foi somente depois que esse hidrogênio foi ionizado que a luz pôde fluir livremente.

Esta Época de Reionização, como é conhecida, não é totalmente compreendida. Sabemos que ocorreu no primeiro bilhão de anos após o Big Bang, 13,8 bilhões de anos atrás, mas ver tão longe no início do Universo é realmente difícil. CEERS 1019 e um punhado de outras galáxias superprimeiras são alvos excelentes para esta pesquisa, porque são relativamente brilhantes.

A galáxia foi identificada nos dados do Hubble em 2015 e, na época, era a galáxia mais antiga e distante observada.

Observações subsequentes confirmaram sua existência, mas informações mais detalhadas permaneceram indescritíveis: a luz mais antiga do Universo mudou tanto para a parte infravermelha do espectro devido à expansão do Universo que um poderoso instrumento infravermelho dedicado como o JWST é necessário para sondá-los.

Então, quando o JWST apareceu, o CEERS 1019 – a mais brilhante das galáxias do Hubble dessa época – era um alvo óbvio. O telescópio observou a galáxia por apenas uma hora, com todos os seus quatro instrumentos, mas retornou uma grande quantidade de dados.

“No momento, eu estava tipo, uau, olhe para tudo o que podemos ver com o JWST, vimos toda essa porção do espectro desta galáxia – e quaisquer galáxias no início do Universo – que nunca vimos antes”, disse Larson.

Mas então Larson notou algo que ela não esperava. Além da luz da formação estelar, havia uma ampla característica de emissão geralmente associada ao AGN. Quando ela mencionou isso para alguns pesquisadores do AGN, as coisas começaram a ficar interessantes.

Normalmente, uma galáxia no início do Universo emite luz de um AGN ou luz da formação estelar. Ver os dois na mesma galáxia foi extremamente inesperado.

“Fiquei tão surpresa quanto todos”, disse Larson. “Tivemos toda essa discussão por semanas, sobre 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 nós estamos vendo, mas a maior parte da luz que vemos em nossas imagens ainda é dominada pela parte formadora de estrelas da galáxia.”

Olhando para o buraco negro supermassivo no CEERS 1019, os pesquisadores acreditam 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 uma vantagem inicial em seu caminho para se tornar supermassivo.

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 ajudem a entender como o Universo nasceu e como ele cresceu.

“Acho que meu recorde não vai durar muito”, disse Larson. “E espero que não, porque acho que será mais emocionante quando estivermos respondendo a essas perguntas.”