Uma equipa de astrónomos liderada por Andrew Newman, do Instituto Carnegie, realizou a primeira medição direta da massa de um buraco negro inativo que se encontra no centro de uma galáxia do início do Universo.

Embora o buraco negro - um gigante com 6 mil milhões de vezes a massa do nosso Sol - já não ilumine os seus arredores, os investigadores conseguiram determinar a sua massa utilizando o Telescópio Espacial James Webb para detetar o movimento das estrelas próximas do centro da galáxia que estão a ser afetadas pela gravidade do buraco negro.

As suas descobertas foram publicadas na revista Science.

Em comparação, os buracos negros ativamente em fase de alimentação são fáceis de detetar. Os astrónomos têm-nos encontrado há décadas, procurando quasares - alguns dos objetos mais brilhantes do cosmos, que são alimentados por gás que cai num buraco negro no centro de uma galáxia.

O buraco negro que a equipa mediu situa-se no centro de MRG-M0138, uma galáxia massiva cuja luz chegou ao Webb numa época em que o Universo tinha apenas cerca de 3 mil milhões de anos. A galáxia já não está a formar estrelas e o seu buraco negro central também está inativo.

Antes deste resultado, os astrónomos só tinham conseguido utilizar esta técnica para determinar as massas dos buracos negros no Universo local. Em 2020, foi atribuído o Prémio Nobel pela deteção do buraco negro no centro da Via Láctea, através do rastreio das órbitas de estrelas individuais.

Os movimentos coletivos das estrelas nos centros das galáxias têm sido utilizados para "pesar" buracos negros a uma distância de cerca de 700 milhões de anos-luz. Mas sem o sofisticado conjunto de instrumentos do Webb e a ajuda de um fenómeno chamado lente gravitacional, não era possível realizar este tipo de medição para galáxias mais distantes.

"Conseguimos detetar este buraco negro a uma distância de 10 mil milhões de anos-luz, combinando a visão nítida do JWST com uma lupa natural", explicou Newman.

MRG-M0138 está localizado por trás de um enorme enxame de galáxias, que amplia e distorce a sua aparência. Como resultado, a galáxia distante parece cerca de 30 vezes maior do que seria normalmente.

"Ao combinar os dados do JWST com o efeito de lente gravitacional, conseguimos espreitar para dentro da esfera de influência do buraco negro, onde a sua gravidade acelera a velocidade das estrelas", explicou Newman. "Esta é uma das melhores técnicas de que dispomos para determinar a massa de um buraco negro, por isso ficámos entusiasmados por poder aplicá-la a um período muito mais antigo da história cósmica".

Até agora, apenas foram descobertos alguns buracos negros dormentes com esta massa, todos no Universo próximo.

A descoberta oferece novas pistas sobre como os buracos negros e as galáxias cresceram em conjunto no início do Universo. As galáxias próximas revelam ligações íntimas entre as massas dos seus buracos negros centrais e as propriedades das galáxias que as rodeiam. Mas tem sido difícil verificar se estas relações já existiam há milhares de milhões de anos. As conclusões dos investigadores sugerem que as galáxias mais densas foram locais de rápido crescimento de buracos negros no início da história do cosmos.

Embora agora dormente, MRG-M0138 foi provavelmente um poderoso quasar no seu passado. A energia libertada por um buraco negro em rápido crescimento pode "queimar" ou ejetar o gás que alimenta o nascimento estelar, o que pode ter travado a formação de estrelas na galáxia.

As observações futuras levarão este trabalho ainda mais longe. A equipa está agora a analisar dados Webb de outras galáxias semelhantes. O satélite Euclid e o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman revelarão muito mais exemplos de lentes gravitacionais do que os atualmente conhecidos. E o GMT (Giant Magellan Telescope), em construção no Observatório Las Campanas, no Chile, terá capacidade para estudar os movimentos das estrelas em galáxias distantes com muito mais detalhe do que o Telescópio Webb.

Os investigadores esperam que a aplicação dos seus métodos a mais galáxias ajude os astrónomos a compreender como os buracos negros mais massivos se formaram, cresceram e moldaram a evolução das galáxias.

// Instituto Carnegie (comunicado de imprensa)
// UCL (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Science)

Quer saber mais?

CCVAlg - Astronomia:
26/12/2023 - Webb da NASA deteta uma segunda supernova numa galáxia distante que sofre efeito de lente gravitacional
24/09/2021 - Cientistas encontram galáxias massivas primitivas "sem combustível"
17/09/2021 - Explosão de supernova com "retransmissão" esperada para 2037

Buraco negro supermassivo:
Wikipedia

Lentes gravitacionais:
Wikipedia

JWST (Telescópio Espacial James Webb):
NASA
STScI
ESA
ESA/Webb
Wikipedia
Facebook
X/Twitter
Instagram
Blog do JWST (NASA)
NIRISS (NASA)
NIRCam (NASA)
MIRI (NASA)
NIRSpec (NASA)