Buracos negros costumam ser localizados porque “fazem barulho” no cosmos: quando gás e poeira despencam na sua direção, a matéria pode libertar quantidades colossais de energia, iluminando os núcleos galácticos e transformando-os em alguns dos objetos mais brilhantes do espaço.
Só que nem todos estão em atividade. Há buracos negros que permanecem adormecidos e passam despercebidos, sem emitir sinais claros que os telescópios consigam captar.
Identificar esse tipo de objeto é muito mais difícil - ainda assim, astrónomos conseguiram agora detetar um dos exemplos mais distantes já observados.
Ele fica no coração de uma galáxia a mais de 10 bilhões de anos-luz da Terra. Os cientistas reconheceram o buraco negro adormecido mais distante já encontrado, levando o recorde anterior para quase 15 vezes mais longe.
O resultado oferece uma oportunidade rara de observar uma fase em que o Universo ainda era jovem e estava a consolidar muitas das estruturas que vemos hoje.
Encontrando a MRG-M0138
O buraco negro está no centro da galáxia MRG-M0138, e os astrónomos estimam que a sua massa seja de cerca de 6 bilhões de vezes a massa do nosso Sol.
O que torna a descoberta especialmente relevante é a época em que o objeto está a ser estudado: trata-se de um período em que o Universo tinha apenas cerca de 3 bilhões de anos - aproximadamente um quarto da sua idade atual.
Ao contrário de buracos negros ativos, este não emite níveis elevados de radiação. Por isso, encontra-se essencialmente adormecido e, na prática, invisível.
Pesando um gigante invisível
Com base em observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST), da NASA, uma equipa internacional de astrónomos acompanhou o movimento de estrelas muito próximas do centro da galáxia.
Os cientistas mediram a velocidade dessas estrelas e compararam o comportamento das que orbitam mais perto do núcleo com o das que estão mais afastadas. A partir dessas diferenças, calcularam a massa do objeto invisível responsável por comandar o movimento observado.
“Determinar como as estrelas se movem coletivamente no núcleo desta galáxia distante permitiu-nos medir a massa do seu buraco negro supermassivo, que de outra forma seria indetetável”, afirmou o autor sénior, Professor Richard Ellis, do Departamento de Física e Astronomia do University College London (UCL).
“Ao demonstrar a viabilidade de uma técnica assim para galáxias do Universo primitivo, podemos agora realizar um censo mais completo de como os buracos negros se desenvolvem ao longo do tempo e inferir o seu papel na forma como a evolução das galáxias é moldada.”
A técnica, conhecida como dinâmica estelar, já tinha sido aplicada para medir buracos negros adormecidos em galáxias próximas - incluindo o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea.
No entanto, esta é a primeira vez que os cientistas conseguem usar o método com sucesso num objeto a uma distância tão enorme.
Quando a gravidade curva a luz
Em condições normais, observar os movimentos estelares numa galáxia a mais de 10 bilhões de anos-luz estaria além do que é possível atualmente. Mas a própria natureza ajudou.
Uma segunda galáxia, posicionada entre a Terra e a MRG-M0138, funciona como uma lente gravitacional. A sua gravidade curva e refocaliza a luz vinda da galáxia mais distante, ampliando a imagem em cerca de 30 vezes.
Com essa ampliação natural, os investigadores puderam analisar detalhes que, de outro modo, permaneceriam escondidos.
“Ao combinar os dados do JWST com a lente gravitacional, conseguimos espreitar para dentro da esfera de influência do buraco negro, onde a sua gravidade aumenta as velocidades das estrelas”, disse o autor principal, Dr. Andrew Newman, da Carnegie Science.
“Esta é uma das melhores técnicas que temos para pesar um buraco negro, por isso ficámos entusiasmados por a estender a um período muito mais antigo da história cósmica.”
Antes deste trabalho, a galáxia mais distante estudada com a mesma abordagem estava a apenas cerca de 700 milhões de anos-luz.
Buracos negros e galáxias mortas
O achado também contribui para uma questão debatida há muito na astronomia: de que forma a presença de um buraco negro supermassivo influencia as galáxias à sua volta?
Os investigadores encontraram não só um buraco negro adormecido, mas também uma galáxia inativa a hospedá-lo. Galáxias desse tipo são chamadas de galáxias quiescentes, porque já não estão a formar novas estrelas.
Os cientistas têm motivos para considerar que, no passado, teria existido um quasar dentro da MRG-M0138, com matéria a cair ativamente no buraco negro central.
Em simultâneo, grandes quantidades de energia podem ter impedido a galáxia de criar novas estrelas, ao aquecer e perturbar as nuvens de gás necessárias para a formação estelar.
Muitos especialistas defendem que esse mecanismo é importante para a evolução galáctica. Buracos negros poderiam regular o crescimento das suas galáxias hospedeiras ao limitar a formação de estrelas.
Lições da MRG-M0138
Os cientistas identificaram apenas um pequeno número de buracos negros adormecidos com uma massa tão grande - e, em todos os casos anteriores, os exemplos estavam muito mais perto da Terra.
Isso faz da MRG-M0138 um alvo particularmente valioso, por oferecer uma visão direta da relação entre galáxias e os seus buracos negros centrais numa fase crucial da história do Universo.
Os astrónomos esperam que o JWST e futuros observatórios revelem muitos outros buracos negros ocultos do Universo primitivo.
Cada nova deteção deverá ajudar a responder perguntas essenciais sobre como esses objetos se formaram, como cresceram tão depressa, por que alguns entram em estado de dormência e o que os leva a voltar à atividade.
Por enquanto, um buraco negro quase invisível já foi suficiente para abrir uma nova janela para o passado distante do Universo.
O estudo completo foi publicado na revista Science.
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