Uma equipa internacional de astrónomos utilizou o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA para encontrar evidências de uma fusão, em curso, de duas galáxias e dos seus enormes buracos negros quando o Universo tinha apenas 740 milhões de anos. Esta é a deteção mais distante de uma fusão de buracos negros alguma vez obtida e a primeira vez que este fenómeno foi detetado tão cedo no Universo.

Os astrónomos já encontraram buracos negros supermassivos com massas milhões a milhares de milhões de vezes a do Sol na maioria das galáxias massivas do Universo local, incluindo na nossa Galáxia, a Via Láctea. É provável que estes buracos negros tenham tido um grande impacto na evolução das galáxias em que residem. No entanto, os cientistas ainda não compreendem totalmente como é que estes objetos se tornaram tão massivos. A descoberta de buracos negros gigantescos nos primeiros mil milhões de anos após o Big Bang indica que esse crescimento deve ter acontecido muito rapidamente e muito cedo. Agora, o Telescópio Espacial James Webb está a lançar nova luz sobre o crescimento dos buracos negros no Universo primitivo.

As novas observações do Webb forneceram evidências de uma fusão, em curso, de duas galáxias e dos seus buracos negros massivos quando o Universo tinha apenas 740 milhões de anos. O sistema é conhecido como ZS7.

Os buracos negros massivos que estão ativamente a acretar matéria têm características espetrográficas distintas que permitem aos astrónomos identificá-los. Para galáxias muito distantes, como as deste estudo, estas assinaturas são inacessíveis a partir do solo e só podem ser vistas com o Webb.

"Encontrámos evidências de gás muito denso com movimentos rápidos na vizinhança do buraco negro, bem como gás quente e altamente ionizado iluminado pela radiação energética tipicamente produzida pelos buracos negros nos seus episódios de acreção", explicou a autora principal Hannah Übler da Universidade de Cambridge no Reino Unido. "Graças à nitidez sem precedentes das suas capacidades de imagem, o Webb também permitiu à nossa equipa separar espacialmente os dois buracos negros."

Ampliações da imagem anterior para mostrar em mais detalhe o sistema de galáxias ZS7. Na imagem obtida pelo instrumento NIRCam do Webb, a emissão de hidrogénio ionizado (Hβ) no sistema ZS7 é identificada pela região laranja e a emissão de oxigénio duplamente ionizado (OIII) é visível a vermelho escuro (ampliação da direita). Crédito: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Dunlop, D. Magee, P. G. Pérez-González, H. Übler, R. Maiolino, et. al

A equipa descobriu que um dos dois buracos negros tem uma massa 50 milhões de vezes superior à massa do Sol. "A massa do outro buraco negro é provavelmente semelhante, embora seja muito mais difícil de medir porque este segundo buraco negro está enterrado em gás denso", explicou Roberto Maiolino, membro da equipa, da Universidade de Cambridge e da UCL (University College London), no Reino Unido.

"As nossas descobertas sugerem que a fusão é uma via importante através da qual os buracos negros podem crescer rapidamente, mesmo na alvorada cósmica", explicou Hannah. "Juntamente com outras descobertas, pelo Webb, de buracos negros ativos e massivos no Universo distante, os nossos resultados mostram também que os buracos negros massivos têm estado a moldar a evolução das galáxias desde o início."

A equipa salienta que, quando os dois buracos negros se fundirem, irão também gerar ondas gravitacionais. Eventos como este serão detetáveis com a próxima geração de observatórios de ondas gravitacionais, como a missão LISA (Laser Interferometer Space Antenna), que foi recentemente aprovada pela ESA e será o primeiro observatório espacial dedicado ao estudo das ondas gravitacionais.

"Os resultados do Webb dizem-nos que os sistemas mais leves detetáveis pelo LISA devem ser muito mais frequentes do que se supunha anteriormente", partilhou a cientista principal do projeto LISA, Nora Luetzgendorf, da ESA, nos Países Baixos. "É muito provável que nos obrigue a ajustar os números de eventos que esperamos descobrir com o LISA nesta gama de massas. Esta é apenas a ponta do icebergue".

Esta descoberta foi feita a partir de observações efetuadas no âmbito do programa Galaxy Assembly with NIRSpec Integral Field Spectroscopy. A equipa recebeu recentemente tempo de observação no Ciclo 3 do Webb, para estudar em pormenor a relação entre os buracos negros massivos e as suas galáxias hospedeiras nos primeiros mil milhões de anos. Uma componente importante deste programa será a procura sistemática e a caracterização das fusões de buracos negros. Este esforço determinará o ritmo a que ocorrem as fusões de buracos negros nos primeiros tempos cósmicos, avaliará o papel das fusões no crescimento inicial dos buracos negros e a taxa a que são produzidas as ondas gravitacionais desde o início dos tempos.

Estes resultados foram publicados na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

// ESA (comunicado de imprensa)
// ESA/Webb (comunicado de imprensa)
// Universidade de Cambridge (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)
// Artigo científico (arXiv.org)

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