Segundo uma equipa de astrónomos, um buraco negro está a crescer a um dos ritmos mais rápidos alguma vez registados. Esta descoberta do Observatório de raios X Chandra da NASA pode ajudar a explicar como é que alguns buracos negros podem atingir massas enormes relativamente depressa após o Big Bang.
O buraco negro tem cerca de mil milhões de vezes a massa do Sol e está localizado a cerca de 12,8 mil milhões de anos-luz da Terra, o que significa que os astrónomos o estão a ver apenas 920 milhões de anos após o início do Universo. Está a produzir mais raios X do que qualquer outro buraco negro observado nos primeiros mil milhões de anos do Universo.
O buraco negro está a alimentar aquilo a que os cientistas chamam um quasar, um objeto extremamente brilhante que ofusca galáxias inteiras. A fonte de energia deste monstro brilhante é uma grande quantidade de matéria que se afunila à volta e entra no buraco negro.
Embora a mesma equipa o tenha descoberto há dois anos, foram necessárias observações do Chandra em 2023 para descobrir o que distingue este quasar, RACS J0320-35. Os dados de raios X revelam que este buraco negro parece estar a crescer a um ritmo que excede o limite normal para estes objetos.
"Foi um pouco chocante ver este buraco negro a crescer a passos largos", disse Luca Ighina do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian em Cambridge, Massachusetts, EUA, que liderou o estudo.
Quando a matéria é puxada em direção a um buraco negro, é aquecida e produz radiação intensa num largo espetro, incluindo raios X e luz ótica. Esta radiação cria pressão sobre a matéria em queda. Quando a taxa de matéria em queda atinge um valor crítico, a pressão da radiação equilibra a gravidade do buraco negro e a matéria não pode normalmente cair para o interior mais rapidamente. Este máximo é designado por limite de Eddington.
Os cientistas pensam que os buracos negros que crescem mais lentamente do que o limite de Eddington precisam de nascer com massas de cerca de 10.000 sóis ou mais, para que possam atingir mil milhões de massas solares dentro de mil milhões de anos após o Big Bang - como foi observado no RACS J0320-35. Um buraco negro com uma massa inicial tão elevada pode resultar diretamente de um processo exótico: o colapso de uma enorme nuvem de gás denso contendo quantidades invulgarmente baixas de elementos mais pesados do que o hélio, condições que podem ser extremamente raras.
Se RACS J0320-35 está de facto a crescer a um ritmo elevado - estimado em 2,4 vezes o limite de Eddington - e o faz durante um período prolongado de tempo, o seu buraco negro pode ter começado de uma forma mais convencional, com uma massa inferior a cem sóis, causado pela implosão de uma estrela massiva.
"Conhecendo a massa do buraco negro e calculando a rapidez com que está a crescer, podemos fazer uma estimativa da sua massa à nascença", disse o coautor Alberto Moretti do INAF-Osservatorio Astronomico di Brera em Itália. "Com este cálculo podemos agora testar diferentes ideias sobre como os buracos negros nascem".
Para descobrir a rapidez com que este buraco negro está a crescer (entre 300 e 3000 sóis por ano), os investigadores compararam modelos teóricos com a assinatura de raios X, ou espetro, do Chandra, que dá as quantidades de raios X a diferentes energias. Descobriram que o espetro do Chandra correspondia de perto ao que esperavam dos modelos de um buraco negro que crescesse mais depressa do que o limite de Eddington. Dados no visível e no infravermelho também apoiam a interpretação de que este buraco negro está a ganhar massa mais rapidamente do que o limite de Eddington permite.
"Como é que o Universo criou a primeira geração de buracos negros?" disse o coautor Thomas Connor, também do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian. "Esta continua a ser uma das maiores questões da astrofísica e este objeto está a ajudar-nos a encontrar a resposta".
Outro mistério científico abordado por este resultado diz respeito à causa dos jatos de partículas que se afastam de alguns buracos negros a velocidades próximas da velocidade da luz, como se vê no RACS J0320-35. Jatos como este são raros nos quasares, o que pode significar que a rápida taxa de crescimento do buraco negro está de alguma forma a contribuir para a criação destes jatos.
O quasar foi previamente descoberto como parte de um levantamento radiotelescópico utilizando o ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder), combinado com dados óticos do DEC (Dark Energy Camera), um instrumento montado no Telescópio Victor M. Blanco de 4 metros no Observatório Interamericano de Cerro Tololo, no Chile. O Telescópio Gemini-South do NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) da NSF (National Science Foundation), em Cerro Pachon, Chile, foi utilizado para obter a distância exata de RACS J0320-35.
// NASA (comunicado de imprensa)
// Chandra/Harvard (comunicado de imprensa)
// Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (comunicado de imprensa)
// Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (comunicado de imprensa)
// Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)
Quer saber mais?
Buraco negro supermassivo:
Wikipedia
Limite de Eddington:
Wikipedia
Observatório de raios X Chandra:
NASA
Universidade de Harvard
Wikipedia
ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder):
CSIRO
Wikipedia
Telescópio Victor M. Blanco:
NOIRLab
Wikipedia
Observatório Interamericano de Cerro Tololo:
NOIRLab
Wikipedia
Observatório Internacional Gemini:
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