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"Pesando" um buraco negro no Universo primordial
2 de fevereiro de 2024
 

Um monstro cósmico: impressão artística de um quasar cuja região central foi literalmente posta em movimento no Universo primitivo. Nessa altura, enquanto as galáxias se fundiam frequentemente umas com as outras, grandes quantidades de matéria eram lançadas para o centro das galáxias. Quando a matéria orbita o buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia, é libertada energia, o que explica o enorme brilho de uma galáxia ativa. O quasar pode, portanto, ser observado ainda hoje a uma grande distância.
Crédito: ESO/M. Kornmesser
 
     
 
 
 

Com o atualizado instrumento GRAVITY do VLTI (Very Large Telescope Interferometer) do ESO, uma equipa de astrónomos liderada pelo Instituto Max Planck de Física Extraterrestre determinou a massa de um buraco negro numa galáxia apenas 2 mil milhões de anos após o Big Bang. Com 300 milhões de massas solares, o buraco negro é, de facto, pouco massivo em comparação com a massa da sua galáxia hospedeira. Os investigadores têm algumas suspeitas do que está a acontecer aqui.

No Universo mais local, os astrónomos observaram relações íntimas entre as propriedades das galáxias e a massa dos buracos negros supermassivos que residem nos seus centros, sugerindo que as galáxias e os buracos negros coevoluem. Um teste crucial seria sondar esta relação nos primeiros tempos do cosmos, mas para estas galáxias longínquas os tradicionais métodos diretos de medição da massa do buraco negro são impossíveis ou extremamente difíceis. Apesar destas galáxias brilharem frequentemente com muita intensidade (foram apelidadas de "quasares" ou "objetos quase estelares" quando descobertas na década de 1950), estão tão distantes que não podem ser detetadas pela maioria dos telescópios.

"Em 2018, fizemos as primeiras medições inovadoras da massa de um buraco negro de um quasar com o GRAVITY", diz Taro Shimizu, cientista da equipa do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre. "No entanto, este quasar estava muito próximo. Agora, chegámos a um desvio para o vermelho de 2,3, o que corresponde a observar 11 mil milhões de anos para trás no tempo." O GRAVITY+ abre agora um caminho novo e preciso para estudar o crescimento dos buracos negros nesta época crítica, frequentemente designada por "meio-dia cósmico", quando tanto os buracos negros como as galáxias estavam a crescer rapidamente.

 
Ilustração das observações GRAVITY+ de um quasar no Universo primordial. A imagem de fundo mostra a evolução do Universo desde o Big Bang, com o quasar J0920 (impressão de artista) há 11 mil milhões de anos. As observações foram possíveis graças à combinação dos quatro telescópios do VLT.
Crédito: T. Shimizu; imagem de fundo - NASA/WMAP; ilustração do quasar - ESO/M. Kornmesser; VLT - ESO/G. Hüdepohl
 

"Esta é realmente a próxima revolução na astronomia - podemos agora obter imagens de buracos negros no Universo inicial, 40 vezes mais nítidas do que é possível com o telescópio James Webb", salienta Frank Eisenhauer, diretor do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, que lidera o grupo que desenvolve o instrumento GRAVITY e as melhorias do GRAVITY+. O GRAVITY combina interferometricamente os quatro telescópios de 8 metros do VLT do ESO, criando essencialmente um telescópio virtual gigante com um diâmetro de 130 metros.

A equipa foi capaz de resolver espacialmente o movimento das nuvens de gás em torno do buraco negro central da galáxia SDSS J092034.17+065718.0, à medida que giram num disco espesso. Isto permite uma medição direta da massa do buraco negro. Com 320 milhões de massas solares, a massa do buraco negro é, de facto, inferior à da galáxia que o acolhe, que tem uma massa de cerca de 600 mil milhões de massas solares. Este facto sugere que a galáxia hospedeira cresceu mais depressa do que o buraco negro supermassivo, indicando, em alguns sistemas, um atraso entre o crescimento da galáxia e o do buraco negro.

"O cenário provável para a evolução desta galáxia parece ser um forte 'feedback' de supernova, no qual estas explosões estelares expulsam o gás das regiões centrais antes que este possa atingir o buraco negro no centro galáctico", afirma Jinyi Shangguan, cientista do mesmo grupo de investigação. "O buraco negro só pode começar a crescer rapidamente - e a acompanhar o crescimento global da galáxia - quando a galáxia se tiver tornado suficientemente massiva para reter um reservatório de gás nas suas regiões centrais, mesmo contra o 'feedback' de supernova." Para determinar se este cenário é também o modo dominante da coevolução de outras galáxias e dos seus buracos negros centrais, a equipa vai fazer um acompanhamento com mais medições altamente precisas da massa de buracos negros no Universo primitivo.

// Sociedade Max Planck (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv.org)

 


Quer saber mais?

Quasar:
Wikipedia

Buraco negro supermassivo:
Wikipedia

VLT:
ESO
Wikipedia
VLTI (ESO)
GRAVITY (ESO)

ESO:
Página oficial
Wikipedia

 
   
 
 
 
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