O Telescópio Espacial James Webb identificou evidências de um buraco negro supermassivo que já era gigantesco desde sua formação e que pode ter surgido antes da própria galáxia ao redor dele. Segundo os pesquisadores, a descoberta desafia os modelos tradicionais sobre a origem desses objetos no universo primitivo.

O estudo analisou o objeto conhecido como Abell2744-QSO1, um “Little Red Dot” observado cerca de 700 milhões de anos após o Big Bang. Os resultados indicam que o buraco negro possivelmente nasceu enorme, sem passar pela fase clássica de colapso de estrelas massivas dentro de uma galáxia já formada.

Descoberta desafia cenário clássico

Por décadas, cientistas acreditaram que buracos negros supermassivos surgiam a partir do colapso de grandes estrelas dentro de galáxias já existentes. Esses objetos cresceriam gradualmente ao consumir matéria e se fundir com outros buracos negros.

O problema é explicar como alguns desses corpos alcançaram massas equivalentes a milhões ou bilhões de sóis tão cedo na história do universo.

Agora, pesquisadores usando o James Webb encontraram evidências de que alguns desses buracos negros podem ter se formado já em grandes dimensões, sem depender de uma galáxia massiva para alimentá-los.

“É uma descoberta notável”, afirmou Roberto Maiolino, da Universidade de Cambridge e coautor dos estudos publicados na Nature e na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “É uma mudança de paradigma, uma revisão total dos cenários clássicos de como os buracos negros se formam e crescem.”

Objeto observado fica a 13 bilhões de anos-luz

O QSO1 possui aproximadamente 1.300 anos-luz de extensão e sua luz viajou mais de 13 bilhões de anos até chegar à Terra. O objeto também é ampliado por um efeito de lente gravitacional provocado pelo aglomerado de galáxias Abell 2744, conhecido como “Aglomerado de Pandora”.

Segundo os pesquisadores, observações iniciais indicavam que o QSO1 poderia ser basicamente uma nuvem de hidrogênio e hélio girando ao redor de um buraco negro supermassivo com massa estimada em cerca de 40 milhões de vezes a massa do Sol.

As novas medições diretas apontaram que o objeto possui aproximadamente 50 milhões de massas solares.

Rotação do gás permitiu medir massa diretamente

A equipe utilizou o instrumento NIRSpec, do James Webb, para mapear o movimento do gás ao redor do buraco negro e identificar a composição química da região.

Os cientistas observaram que o hidrogênio ao redor do QSO1 apresenta um movimento chamado de rotação kepleriana, semelhante ao movimento dos planetas ao redor do Sol.

Esse comportamento permitiu calcular diretamente a massa do buraco negro usando leis gravitacionais conhecidas.

“Isso é importante porque nos diz que a maior parte da massa do QSO1 está concentrada no buraco negro no centro”, explicou o pesquisador Ignas Juodžbalis. “Se a massa estivesse mais distribuída, como aconteceria se houvesse muitas estrelas, o gás não teria essa rotação kepleriana perfeita.”

Os pesquisadores descobriram que o buraco negro representa cerca de dois terços da massa total do QSO1, proporção milhares de vezes maior do que a observada em galáxias próximas.

Ambiente é um dos mais “primitivos” já observados

Os mapas de composição também mostraram que o gás presente no QSO1 é formado quase totalmente por hidrogênio e hélio, com quantidades mínimas de elementos mais pesados, como oxigênio.

Segundo os cientistas, a metalicidade do objeto é inferior a 0,5% da observada no Sol, tornando o ambiente um dos mais “primitivos” já medidos.

“É um resultado fenomenal”, disse Maiolino. “É a primeira medição direta da massa de um buraco negro dentro do primeiro bilhão de anos após o Big Bang.”

Buraco negro pode ter surgido antes da galáxia

Para os pesquisadores, a enorme massa do QSO1 em relação à galáxia ao redor sugere que ele não surgiu gradualmente a partir de pequenos buracos negros formados por estrelas.

“Parece que encontramos um buraco negro que não possui uma galáxia hospedeira substancial e que antecedeu processos estelares”, afirmou Juodžbalis. “Isso é muito empolgante porque é uma evidência de buracos negros primordiais ou de colapso direto, que haviam sido teorizados, mas não confirmados.”

Os cientistas acreditam que o objeto pode ter se originado a partir de uma “semente pesada” formada nos primeiros instantes após o Big Bang ou do colapso de uma gigantesca nuvem de gás.

Segundo a equipe, o QSO1 pode estar nos estágios iniciais da formação de uma galáxia ao seu redor.

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