Investigadores, recorrendo ao Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA, confirmaram a existência de um buraco negro supermassivo em crescimento ativo no interior de uma galáxia, apenas 570 milhões de anos após o Big Bang. Fazendo parte de uma classe de galáxias pequenas e muito distantes que têm mistificado os astrónomos, CANUCS-LRD-z8.6 representa uma peça vital deste puzzle e desafia as teorias existentes sobre a formação de galáxias e buracos negros no Universo primitivo. A descoberta liga os primeiros buracos negros aos quasares luminosos que observamos atualmente.

Ao longo dos seus primeiros três anos, os estudos do Webb acerca do Universo primitivo revelaram um número crescente de objetos pequenos, extremamente distantes e de um vermelho impressionante. Estes chamados Pequenos Pontos Vermelhos (ou LRDs, sigla inglesa para "Little Red Dots") continuam a ser um mistério para os astrónomos, apesar da sua inesperada abundância. A descoberta de CANUCS-LRD-z8.6, tornada possível pelas capacidades excecionais do Webb, ajudou nesta busca por respostas. O instrumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb permitiu aos investigadores observar a luz ténue desta galáxia distante e detetar características espetrais chave que apontam para a presença de um buraco negro em acreção.

Roberta Tripodi, autora principal do estudo e investigadora na Faculdade de Matemática e Física da Universidade de Liubliana, na Eslovénia, e do INAF - Osservatorio Astronomico di Roma, em Itália, explicou: "Esta descoberta é verdadeiramente notável. Observámos uma galáxia menos de 600 milhões de anos após o Big Bang, e não só alberga um buraco negro supermassivo, como o buraco negro está a crescer rapidamente - muito mais depressa do que seria de esperar numa galáxia com esta idade. Isto desafia a nossa compreensão da formação de buracos negros e galáxias no Universo primitivo e abre novas vias de investigação sobre a forma como estes objetos surgiram".

A equipa analisou o espetro da galáxia, que mostrava gás altamente ionizado por radiação energética, e sugeria que estava a girar rapidamente em torno de uma fonte central. Estas características são fundamentais para um buraco negro supermassivo em acreção. Os dados espetrais precisos permitiram obter uma estimativa da massa do buraco negro, revelando que é invulgarmente grande para uma fase tão precoce do Universo, e mostraram que CANUCS-LRD-z8.6 é compacta e ainda não produziu muitos elementos pesados - uma galáxia numa fase inicial da sua evolução. Esta combinação faz dela um objeto intrigante de estudo.

Além disso, a espetroscopia do Webb permitiu à equipa medir a quantidade de energia emitida em diferentes comprimentos de onda, a partir da qual foi possível caracterizar as propriedades físicas da galáxia. Isto permitiu-lhes determinar a massa das estrelas da galáxia e compará-la com a massa do buraco negro. "Os dados que recebemos do Webb foram absolutamente cruciais", acrescentou o Dr. Nicholas Martis, também colaborador na Faculdade de Matemática e Física da Universidade de Liubliana, que ajudou a analisar o espetro da fonte. "As características espetrais reveladas pelo Webb forneceram sinais claros de um buraco negro em acreção no centro da galáxia, algo que não poderia ter sido observado com tecnologia anterior. O que torna este facto ainda mais convincente é o facto de o buraco negro da galáxia ser demasiado grande em comparação com a sua massa estelar. Isto sugere que os buracos negros no Universo primitivo podem ter crescido muito mais depressa do que as galáxias que os acolhem".

Os astrónomos já tinham observado que a massa de um buraco negro supermassivo e a da galáxia que o acolhe estão ligadas: quanto maior é uma galáxia, maior é também o seu buraco negro central. CANUCS-LRD-z8.6 é a galáxia hospedeira mais massiva que se conhece numa época tão precoce, mas o seu buraco negro central é ainda mais massivo do que seria de esperar, desafiando a relação habitual. O resultado sugere que os buracos negros podem ter-se formado e começado a crescer a um ritmo acelerado no Universo primitivo, mesmo em galáxias relativamente pequenas.

"Esta descoberta é um passo excitante na compreensão da formação dos primeiros buracos negros supermassivos do Universo", explicou a professora Maruša Bradač, líder do grupo na Universidade de Liubliana. "O inesperado crescimento rápido do buraco negro nesta galáxia levanta questões sobre os processos que permitiram que objetos tão massivos surgissem tão cedo. À medida que continuamos a analisar os dados, esperamos encontrar mais galáxias como CANUCS-LRD-z8.6, o que nos poderá dar ainda mais informações sobre as origens dos buracos negros e das galáxias".

A equipa já está a planear observações adicionais com o ALMA (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) e com o Webb para melhor estudar o gás frio e a poeira na galáxia e para aperfeiçoar a sua compreensão das propriedades do buraco negro. A investigação em curso sobre este Pequeno Ponto Vermelho está apta a responder a questões cruciais sobre o Universo primitivo, incluindo a forma como os buracos negros e as galáxias coevoluíram nos primeiros mil milhões de anos da história cósmica.

À medida que os astrónomos continuam a explorar o Universo primitivo com o Webb, espera-se que surjam mais surpresas, oferecendo uma imagem cada vez mais detalhada de como os primeiros buracos negros supermassivos cresceram e evoluíram, preparando o terreno para a formação dos quasares luminosos que hoje iluminam o Universo.

Os resultados foram obtidos pela colaboração CANUCS do programa de observação Webb #1208 e foram publicados na revista Nature Communications.

// ESA (comunicado de imprensa)
// ESA/Webb (comunicado de imprensa)
// INAF (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Communications)

Quer saber mais?

Pequenos pontos vermelhos (ou LRDs, "Little Red Dots"):
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Buraco negro supermassivo:
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