Precursor de buraco negro supermassivo é detectado em dados de arquivo do Hubble

Usando dados de arquivo do Telescópio Espacial Hubble, da Nasa/ESA, e outros observatórios espaciais e terrestres, uma equipe internacional de astrônomos descobriu um objeto único no distante universo primitivo que é um elo crucial entre galáxias formadoras de estrelas e o surgimento dos primeiros buracos negros supermassivos. Esse objeto é o primeiro de seu tipo a ser descoberto tão cedo na história do universo, e estava à espreita despercebido em uma das áreas mais bem estudadas do céu noturno. O artigo a seu respeito foi publicado na revista Nature.

Os astrônomos têm se esforçado para entender o surgimento de buracos negros supermassivos no universo primitivo desde que esses objetos foram descobertos a distâncias correspondentes a um tempo de apenas 750 milhões de anos após o Big Bang.

Buracos negros de rápido crescimento em galáxias empoeiradas e formadoras de estrelas são previstos por teorias e simulações de computador, mas até agora não haviam sido observados.

Agora, no entanto, os astrônomos relataram a descoberta de um objeto – que eles chamam de GNz7q – que se acredita ser o primeiro buraco negro de crescimento rápido a ser encontrado no início do universo. Dados de arquivo da Advanced Camera for Surveys do Hubble ajudaram a equipe a estudar a emissão ultravioleta compacta do disco de acreção do buraco negro e a determinar que o GNz7q existia apenas 750 milhões de anos após o Big Bang.

Primeiro exemplo

“Nossa análise sugere que o GNz7q é o primeiro exemplo de um buraco negro de rápido crescimento no núcleo empoeirado de uma galáxia starburst em uma época próxima ao primeiro buraco negro supermassivo conhecido no universo”, explica Seiji Fujimoto, astrônomo do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhague (Dinamarca) e principal autor do artigo que descreve essa descoberta. “As propriedades do objeto em todo o espectro eletromagnético estão em excelente acordo com as previsões de simulações teóricas.”

As teorias atuais preveem que os buracos negros supermassivos começam suas vidas nos núcleos envoltos de poeira de galáxias starburst formadoras de estrelas antes de expelir o gás e a poeira circundantes e emergir como quasares extremamente luminosos. Embora sejam extremamente raros, foram detectados exemplos de galáxias empoeiradas de explosão estelar e quasares luminosos no início do universo. A equipe acredita que o GNz7q pode ser o “elo perdido” entre essas duas classes de objetos.

“O GNz7q fornece uma conexão direta entre essas duas populações raras e um novo caminho para entender o rápido crescimento de buracos negros supermassivos nos primeiros dias do universo”, continuou Fujimoto. “Nossa descoberta é uma precursora dos buracos negros supermassivos que observamos em épocas posteriores.”

Embora outras interpretações dos dados da equipe não possam ser completamente descartadas, as propriedades observadas do GNz7q estão em forte concordância com as previsões teóricas. A galáxia hospedeira do GNz7q está formando estrelas a uma taxa de 1.600 massas solares de estrelas por ano, e o próprio GNz7q parece brilhante em comprimentos de onda ultravioleta, mas muito fraco em comprimentos de onda de raios X. A equipe interpretou isso – junto com o brilho da galáxia hospedeira em comprimentos de onda infravermelhos – para sugerir que GNz7q abriga um buraco negro em rápido crescimento ainda obscurecido pelo núcleo empoeirado de seu disco de acreção no centro da galáxia hospedeira formadora de estrelas.

Descoberta única

Além da importância do GNz7q para a compreensão das origens dos buracos negros supermassivos, essa descoberta é notável por sua localização no campo GOODS North do Hubble, uma das áreas mais investigadas do céu noturno.

“O GNz7q é uma descoberta única que foi encontrada bem no centro de um campo de céu famoso e bem estudado – mostrando que grandes descobertas muitas vezes podem estar escondidas bem na sua frente”, comentou Gabriel Brammer, outro astrônomo do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhague e membro da equipe por trás deste resultado. “É improvável que a descoberta do GNz7q na área de pesquisa relativamente pequena do GOODS-N tenha sido apenas ‘sorte’, mas a prevalência de tais fontes pode ser significativamente maior do que se pensava anteriormente.”

Encontrar o GNz7q escondido à vista de todos só foi possível graças aos conjuntos de dados com vários comprimentos de onda exclusivos e detalhados disponíveis para o GOODS-North. Sem essa riqueza de dados, o GNz7q teria sido fácil de ignorar, pois não possui as características distintivas normalmente usadas para identificar quasares no início do universo. A equipe agora espera procurar sistematicamente objetos semelhantes usando pesquisas dedicadas de alta resolução e aproveitar os instrumentos espectroscópicos do Telescópio Espacial James Webb, da Nasa/ESA/CSA, para estudar objetos como o GNz7q em detalhes sem precedentes.

“Caracterizar totalmente esses objetos e sondar sua evolução e física subjacente com muito mais detalhes se tornará possível com o Telescópio Espacial James Webb”, concluiu Fujimoto. “Uma vez em operação regular, o Webb terá o poder de determinar decisivamente o quão comuns esses buracos negros em rápido crescimento são realmente.”