À medida que os astrônomos empurram nossas visões do universo para trás no tempo, seus telescópios continuam a revelar surpresas. Tal é o caso de um buraco negro supermassivo em CEERS 1019, uma galáxia muito antiga e distante.
Quão cedo? Ele existiu e estava se formando cerca de 570 milhões de anos após o Big Bang. O Telescópio Espacial James Webb (JWST) teve um vislumbre dele e estudou seu buraco negro. Também coletou dados de dois outros buracos negros quando o universo tinha cerca de um bilhão de anos.
As descobertas de galáxias e buracos negros fazem parte de um programa especial de observação do JWST. Chama-se Cosmic Evolutionary Science Early Launch Survey (CEERS). A ideia é obter imagens e espectros detalhados de objetos antigos e distantes em luz infravermelha e infravermelha média. Objetos no início do universo fluorescem em luz ultravioleta e visível. No entanto, quando sua luz chega até nós, ela já se “expandiu” no sistema infravermelho. Como o infravermelho também pode penetrar em áreas empoeiradas, ele oferece a vantagem adicional de ver coisas que, de outra forma, estariam ocultas.
Encontrar buracos negros no início do universo nas primeiras galáxias abre nossa compreensão daquele tempo na história cósmica. Isso foi logo após o Big Bang. Por exemplo, a recém-descoberta galáxia CEERS e seu buraco negro supermassivo ativo surpreenderam os astrônomos. CEERS 1019 existia em um momento em que as primeiras galáxias estavam se formando. Então, deve ser relativamente pequeno e sem características, certo? E se eles tivessem buracos negros naquela era inicial, eles deveriam ter uma massa relativamente baixa (para buracos negros). certo?
Uma pequena galáxia e seu buraco negro
Bem, é complicado. Acontece que esses buracos negros são menos massivos. Mas, pelo menos um deles ainda é muito grande. Como nós sabemos disso? O JWST pode estudar tanto as galáxias iniciais quanto seus buracos negros, de acordo com Steve Finkelstein, investigador principal da pesquisa CEERS. “Até agora, a busca por coisas no início do universo tem sido amplamente teórica”, disse ele. “Usando o Webb, podemos não apenas ver buracos negros e galáxias a grandes distâncias, mas agora podemos começar a medi-los com precisão. Este é o tremendo poder deste telescópio.”
Então, como o CEERS 1019 e seu buraco negro se comparam? A própria galáxia aparece como três aglomerados brilhantes sem um disco. Então, ele ainda está se reunindo e lançando novas estrelas enquanto constrói sua estrutura. “Não estamos acostumados a ver muitas estruturas em imagens a essas distâncias”, disse Cihan Kartaltepe, membro da equipe do CEERS, professor associado de astronomia no Instituto de Tecnologia de Rochester, em Nova York. “A 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”.
E aquele buraco negro infantil supermassivo? Ele está completamente ocupado engolindo gás e acaba por conter 9 milhões de massas solares. Isso é menor do que alguns buracos negros de sua idade, mas ainda maior do que o esperado. Ele existe tão cedo na história que parece ter se formado logo após o início do universo, o que é interessante.
Curiosamente, o buraco negro é semelhante a Sagitário A*, localizado no centro da Via Láctea. E isso é emocionante, embora ainda seja desconcertante. “Observar este objeto distante com este telescópio é como observar dados de buracos negros encontrados em galáxias próximas à nossa”, disse Rebecca Larson, uma recente Ph.D. Formou-se na UT Austin, que liderou o estudo desse material. “Há muitas linhas espectrais para analisar!”
em torno dessas linhas espectrais
Enquanto a visão infravermelha nos mostra a estrutura da galáxia, as linhas espectrais revelam outras propriedades. Por exemplo, espectros podem determinar altas velocidades e temperaturas de fluxo de energia. No caso do CEERS 1019, o espectrômetro captura tanto o buraco negro quanto sua galáxia hospedeira. Seus dados revelam o apetite de um buraco negro por gás, bem como sua taxa de formação estelar. Será interessante ver se esse cenário ocorre em outras galáxias na pesquisa CEERS. No entanto, enquanto isso, essas primeiras descobertas estão levando os astrônomos a refinar suas ideias sobre buracos negros e formação de galáxias no universo infantil.
Em particular, o CEERS se concentra nesses objetos como eles existiam na era da reionização. Este é um ponto na história cósmica em que a luz começou a viajar livremente pelo universo em expansão. Essa luz veio das primeiras estrelas e do gás ionizado entre estrelas e galáxias. Parece também que as galáxias começaram a se reunir nessa época (e possivelmente antes). Os dados da pesquisa abrangem o acréscimo de estrelas (massa estelar), as mudanças morfológicas nas galáxias como resultado, bem como o crescimento desses primeiros buracos negros. Portanto, estudar esse período é fundamental para traçar uma linha do tempo das origens e evolução do universo por meio do acréscimo e transformação dessas primeiras galáxias. Esse é um dos principais objetivos do JWST, que acaba de completar seu primeiro ano completo de observação do universo no infravermelho.
Para maiores informações
O telescópio Webb descobre o buraco negro supermassivo mais ativo
Concentre-se no JWST Cosmic Evolution of Early Launch Science Survey (CEERS)
Webb descobre o buraco negro supermassivo ativo mais distante até agora
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