Impressão de artista de GNz7q.
Crédito: ESA/Hubble, N. Bartmann

Uma equipa internacional de astrónomos, utilizando dados de arquivo do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e outros observatórios espaciais e terrestres, descobriram um objeto único no Universo distante e primitivo que é uma ligação especial entre as galáxias formadoras de estrelas e o aparecimento dos primeiros buracos negros supermassivos. Este objeto é o primeiro do seu género a ser descoberto tão cedo na história do Universo e tem passado despercebido numa das áreas mais bem estudadas do céu noturno.

Os astrónomos têm lutado para compreender o aparecimento de buracos negros supermassivos no início do Universo desde que estes objetos foram descobertos a distâncias correspondentes a um período apenas 750 milhões de anos após o Big Bang. O rápido crescimento de buracos negros em galáxias empoeiradas e com formação estelar precoce está previsto por teorias e simulações de computador, mas até agora não tinham sido observados. Agora, porém, os astrónomos relataram a descoberta de um objeto - a que deram o nome de GNz7q - que se pensa ser o primeiro buraco negro de crescimento muito rápido a ser encontrado no início do Universo. Os dados de arquivo do instrumento ACS (Advanced Camera for Surveys) do Hubble ajudaram a equipa a estudar a emissão ultravioleta do disco de acreção do buraco negro e a determinar que GNz7q existiu apenas 750 milhões de anos após o Big Bang.

"A nossa análise sugere que GNz7q é o primeiro exemplo de um buraco negro de crescimento rápido no núcleo empoeirado de uma galáxia 'starburst' numa época próxima do primeiro buraco negro supermassivo conhecido no Universo," explica Seiji Fujimoto, astrónomo do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhaga, na Dinamarca, e autor principal do artigo que descreve esta descoberta. "As propriedades do objeto, por todo o espectro eletromagnético, estão em excelente concordância com as previsões das simulações teóricas."

As teorias atuais preveem que os buracos negros supermassivos começam a sua vida nos núcleos envoltos em poeira de galáxias "starburst" (com formação estelar explosiva), antes de expulsarem o gás e a poeira circundantes e de emergir como quasares extremamente luminosos. Embora sejam extremamente raros, foram detetados exemplos tanto de galáxias "starburst" poeirentas como de quasares luminosos no início do Universo. A equipa pensa que GNz7q pode ser o "elo que falta" entre estas duas classes de objetos.

"GNz7q proporciona uma ligação direta entre estas duas raras populações e proporciona uma nova via para compreender o rápido crescimento de buracos negros supermassivos nos primeiros dias do Universo," continuou Fujimoto. "A nossa descoberta é um precursor dos buracos negros supermassivos que observamos em épocas posteriores."

Apesar de outras interpretações dos dados da equipa não poderem ser completamente excluídas, as propriedades observadas de GNz7q estão em forte concordância com as previsões teóricas. A galáxia hospedeira de GNz7q está a formar estrelas a um ritmo de 1600 massas solares por ano (isto não quer dizer que se formam 1600 estrelas parecidas com o Sol por ano, mas uma variedade de estrelas com massas diferentes que totalizam 1600 vezes a massa do nosso Sol) e o próprio GNz7q aparece muito brilhante no ultravioleta, mas muito ténue em raios-X. A equipa interpretou isto - juntamente com o brilho infravermelho da galáxia hospedeira - para sugerir que abriga um buraco negro de crescimento rápido ainda obscurecido pelo núcleo poeirento do seu disco de acreção no centro da galáxia hospedeira.

Para além da importância de GNz7q para a compreensão das origens dos buracos negros supermassivos, esta descoberta é notável pela sua localização no campo GOODS (Great Observatories Origins Deep Survey) North do Hubble, uma das áreas mais escrutinadas do céu noturno.

"GNz7q é uma descoberta única que foi encontrada mesmo no centro de um famoso e bem estudado campo celeste - mostrando que mesmo as grandes descobertas podem muitas vezes estar escondidas mesmo à nossa frente," comentou Gabriel Brammer, outro astrónomo do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhaga e membro da equipa por detrás deste resultado. "É improvável que a descoberta de GNz7q, dentro da área relativamente pequena do levantamento GOODS-N, tenha sido apenas sorte, mas a prevalência de tais fontes pode, de facto, ser significativamente maior do que se pensava anteriormente."

A descoberta de GNz7q, escondido à vista de todos, só foi possível graças aos conjuntos de dados únicos e detalhados, em vários comprimentos de onda, disponíveis para o GOODS-North. Sem esta riqueza de dados, GNz7q teria sido fácil de ignorar, uma vez que lhe faltam as características distintas normalmente utilizadas para identificar os quasares no início do Universo. A equipa espera agora procurar sistematicamente objetos semelhantes utilizando levantamentos dedicados de alta resolução e tirar partido dos instrumentos espectroscópicos do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA para estudar objetos como GNz7q com detalhes sem precedentes.

"A caracterização completa destes objetos e o estudo da sua evolução e física subjacente com muito mais detalhe tornar-se-á possível com o Telescópio Espacial James Webb," conclui Fujimoto. "Uma vez em funcionamento regular, o Webb terá o poder de determinar conclusivamente quão comuns estes buracos negros de crescimento rápido realmente são."

Ampliação de GNz7q no campo GOODS-North do Hubble (a mancha vermelha no centro da inserção).
Crédito: NASA, ESA, G. Illingworth (Universidade da Califórnia, Santa Cruz), P. Oesch (Universidade da Califórnia, Santa Cruz; Universidade de Yale), R. Bouwens e I. Labbé (Universidade de Leiden), e a equipa científica de S. Fujimoto et al. (DAWN e Universidade de Copenhaga)

// ESA/Hubble (comunicado de imprensa)
// NASA (comunicado de imprensa)
// Hubblesite (comunicado de imprensa)
// Universidade de Copenhaga (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv.org)

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