Uma equipa internacional de astrónomos identificou o buraco negro mais distante alguma vez confirmado. O buraco negro e a galáxia que lhe serve de casa, CAPERS-LRD-z9, estão presentes 500 milhões de anos após o Big Bang. Isto coloca-o 13,3 mil milhões de anos no passado, quando o nosso Universo tinha apenas 3% da sua idade atual. Como tal, constitui uma oportunidade única para estudar a estrutura e a evolução deste período enigmático.

"Quando se procura buracos negros, isto é o mais recuado que se pode ir na prática. Estamos realmente a ultrapassar os limites do que a tecnologia atual pode detetar", disse Anthony Taylor, investigador de pós-doutoramento no Cosmic Frontier Center da Universidade do Texas em Austin e líder da equipa que fez a descoberta. A sua investigação foi publicada no passado dia 6 de agosto na revista The Astrophysical Journal Letters.

"Embora os astrónomos tenham encontrado alguns candidatos mais distantes", acrescentou Steven Finkelstein, coautor do artigo científico e diretor do Cosmic Frontier Center, "ainda não encontraram a assinatura espetroscópica distinta associada a um buraco negro".

Com a espetroscopia, os astrónomos dividem a luz nos seus vários comprimentos de onda para estudar as características de um objeto. Para identificar buracos negros, procuram indícios de gás em movimento rápido. À medida que circula e cai num buraco negro, a luz do gás que se afasta de nós é esticada para comprimentos de onda muito mais vermelhos, e a luz do gás que se aproxima de nós é comprimida para comprimentos de onda muito mais azuis. "Não há muitas outras coisas que criem esta assinatura", explicou Taylor. "E esta galáxia tem-na!"

A equipa utilizou dados do programa CAPERS (CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey) do Telescópio Espacial James Webb para a sua pesquisa. Lançado em 2021, o JWST fornece as vistas mais distantes disponíveis do espaço, e o CAPERS fornece observações da orla mais externa.

"O primeiro objetivo do CAPERS é confirmar e estudar as galáxias mais distantes", disse Mark Dickinson, coautor do artigo e chefe da equipa CAPERS. "A espetroscopia do JWST é a chave para confirmar as suas distâncias e compreender as suas propriedades físicas".

Inicialmente visto como uma mancha interessante nas imagens do programa, CAPERS-LRD-z9 acabou por fazer parte de uma nova classe de galáxias conhecidas como "Pequenos Pontos Vermelhos". Presentes apenas nos primeiros 1,5 mil milhões de anos do Universo, estas galáxias são muito compactas, vermelhas e inesperadamente brilhantes.

"A descoberta dos 'Pequenos Pontos Vermelhos' foi uma grande surpresa nos primeiros dados do JWST, pois não se pareciam em nada com as galáxias observadas com o Telescópio Espacial Hubble", explicou Finkelstein. "Agora, estamos a tentar perceber como são e como surgiram".

E CAPERS-LRD-z9 pode ajudar os astrónomos a fazer isso mesmo.

Por um lado, esta galáxia vem juntar-se à evidência crescente de que os buracos negros supermassivos são a fonte do brilho inesperado dos Pequenos Pontos Vermelhos. Normalmente, esse brilho indicaria uma abundância de estrelas numa galáxia. No entanto, os Pequenos Pontos Vermelhos existem numa altura em que uma massa tão grande de estrelas é improvável.

Por outro, os buracos negros também brilham muito. Isso deve-se ao facto de comprimirem e aquecerem os materiais que estão a consumir, criando uma luz e uma energia tremendas. Ao confirmarem a existência de um na galáxia CAPERS-LRD-z9, os astrónomos encontraram um exemplo notável desta ligação nos Pequenos Pontos Vermelhos.

A galáxia recém-descoberta pode também ajudar a responder à causa da cor vermelha distinta dos Pequenos Pontos Vermelhos. Isso pode dever-se a uma espessa nuvem de gás que rodeia o buraco negro, distorcendo a sua luz para comprimentos de onda mais vermelhos à medida que passa. "Já vimos estas nuvens noutras galáxias", explicou Taylor. "Quando comparámos este objeto com essas outras fontes, foi uma comparação perfeita".

Esta galáxia é também notável pela dimensão colossal do seu buraco negro. Estimado em 300 milhões de vezes mais do que o nosso Sol, a sua massa chega a ser metade da de todas as estrelas da galáxia. Mesmo entre os buracos negros supermassivos, este é particularmente grande.

Encontrar um buraco negro tão massivo tão cedo fornece aos astrónomos uma oportunidade valiosa para estudar o desenvolvimento destes objetos. Um buraco negro presente no Universo mais recente terá tido diversas oportunidades de aumentar de volume durante a sua vida. Mas um presente nas primeiras centenas de milhões de anos não teria. "Isto vem juntar-se à evidência crescente de que os primeiros buracos negros cresceram muito mais depressa do que pensávamos ser possível", disse Finkelstein. "Ou começaram por ser muito mais massivos do que os nossos modelos previam".

Para continuar a sua investigação sobre CAPERS-LRD-z9, a equipa espera reunir mais observações de alta resolução utilizando o JWST. Isto poderá fornecer uma melhor compreensão do objeto e do papel que os buracos negros desempenharam no desenvolvimento dos Pequenos Pontos Vermelhos. "Este é um bom objeto de teste para nós", disse Taylor. "Não conseguíamos estudar a evolução dos buracos negros até há pouco tempo e estamos entusiasmados por ver o que podemos aprender com este objeto único".

// Universidade do Texas em Austin (comunicado de imprensa)
// Observatório McDonald (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)

Quer saber mais?

Buraco negro supermassivo:
Wikipedia

Pequenos Pontos Vermelhos:
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