Um buraco negro que pesa mais do que o resto da galáxia que o abriga. Descoberto graças ao telescópio James Webb no Universo primordial, este objeto chamado QSO1 parece ter se formado antes mesmo de sua galáxia hospedeira ter tido tempo de se constituir.
Os "pequenos pontos vermelhos" são objetos enigmáticos do Universo jovem. Até agora, as estimativas indiretas da massa dos buracos negros que eles contêm baseavam-se em hipóteses locais, vivamente debatidas. Mas um novo estudo publicado em
Nature utilizou um método direto: a espectroastrometria, que mede os deslocamentos do gás em órbita para pesar o buraco negro central.
A técnica utilizada explora o fato de que o gás gira tanto mais rápido quanto mais próximo está do buraco negro. Ao analisar as linhas de hidrogénio com o espectrógrafo do JWST, os astrónomos reconstruíram a curva de rotação. Isto permitiu estimar a massa do buraco negro em cerca de 50 milhões de sóis.
Em paralelo, a massa total das estrelas da galáxia hospedeira foi avaliada em menos de 20 milhões de massas solares. O buraco negro é, portanto, mais de duas vezes mais pesado que a sua galáxia. Este é o buraco negro "nu" mais massivo alguma vez observado, indicando que ele cresceu antes de sua galáxia se formar.
Esta observação contradiz o cenário padrão onde buraco negro e galáxia crescem juntos. O buraco negro do QSO1 pode ter se formado pelo colapso direto de uma nuvem de gás primordial, ou ser um buraco negro primordial nascido logo após o Big Bang. Os dados atuais não permitem decidir.
Os pesquisadores planeiam estudar outros "pequenos pontos vermelhos" para ver se este fenômeno é geral. Esta descoberta oferece uma nova janela sobre a formação dos primeiros buracos negros supermassivos do Universo, e pode explicar como eles atingiram massas tão elevadas tão rapidamente.
A ampliação gravitacional
Este fenômeno ocorre quando um objeto massivo, como um aglomerado de galáxias, deforma o espaço-tempo ao seu redor. A luz proveniente de uma fonte mais distante é então curvada e ampliada, como se atravessasse uma lupa. No caso do QSO1, o aglomerado Abell 2744 multiplicou sua luminosidade por seis e esticou sua imagem. Isto permitiu aos astrónomos detetar detalhes ínfimos que o telescópio não teria conseguido ver de outra forma. A ampliação gravitacional é uma ferramenta natural preciosa para observar os objetos mais distantes do Universo.
Esta técnica permite sondar regiões de outra forma inacessíveis. Ao combinar várias imagens deformadas, os pesquisadores podem reconstruir a estrutura da fonte. Neste estudo, a ampliação foi essencial para medir a rotação do gás ao redor do buraco negro.
Sem este fenômeno, a resolução do JWST não teria sido suficiente para distinguir os movimentos internos do QSO1.
A espectroastrometria
Este método permite medir deslocamentos muito pequenos na posição de uma fonte luminosa em diferentes comprimentos de onda. Quando o gás gira ao redor de um buraco negro, as linhas espectrais deslocam-se para o vermelho ou para o azul conforme o gás se afasta ou se aproxima de nós. Ao analisar estes deslocamentos na imagem, pode-se mapear a velocidade do gás a diferentes distâncias do centro.
A espectroastrometria empurra os limites de resolução dos telescópios. Ela permitiu aqui reconstruir a curva de rotação do gás.
Apenas um modelo com um buraco negro muito massivo correspondia às observações. Esta técnica forneceu, portanto, a primeira medição direta da massa de um buraco negro num "pequeno ponto vermelho". Ela abre caminho para outros estudos semelhantes no Universo primordial.
Fonte: Nature