Os astrônomos descobriram o buraco negro mais distante já observado - e é surpreendentemente grande para a sua tenra idade.

Pesando 800 milhões de massas solares, este espécime supermassivo foi encontrado no centro de uma jovem galáxia que está gerando uma radiação poderosa. Conhecido como quasar, este tipo de galáxia iluminou o universo primordial, e sua atividade extrema foi impulsionada pelos dínamos dos buracos negros em seus núcleos. Mas este buraco negro é muito maior do que o esperado para uma galáxia tão jovem.

"Este buraco negro cresceu muito maior do que esperávamos em apenas 690 milhões de anos após o Big Bang, que desafia nossas teorias sobre como os buracos negros se formam, ", disse Daniel Stern em um comunicado do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA. Stern é o co-autor de um novo estudo publicado na revista Nature.

Nascimento Cósmico e Idade das Trevas

Vamos voltar no tempo para apreciar totalmente como essa descoberta é inovadora.

Depois do Big Bang, o universo em rápida expansão foi preenchido com uma sopa quente de gás ionizado, chamado de plasma. Conforme o tempo passava e o universo esfriava, este plasma condensado em átomos neutros (principalmente hidrogênio, onde um próton se combina com um elétron). Até este ponto, o universo não tinha estrelas nem galáxias; simplesmente não houve tempo suficiente para as coisas se agruparem sob a gravidade para criar estrelas. Este período foi apropriadamente chamado de "Idade das Trevas" porque a única radiação que existia naquela época era o brilho posterior do próprio Big Bang, e estava rapidamente se tornando redshifted conforme o universo se expandia. O desvio para o vermelho ocorre quando o universo em expansão estende a luz de comprimentos de onda curtos para comprimentos de onda longos.

Quando as primeiras estrelas surgiram e foram encurraladas por sua gravidade mútua para formar as primeiras galáxias, Contudo, o universo passou por mudanças monumentais.

Essas primeiras galáxias geraram radiação poderosa que quebrou o gás hidrogênio neutro, separando os elétrons dos prótons. Conhecido como "reionização, "o universo mais uma vez se tornou um estado de plasma. Normalmente, este gás altamente ionizado seria opaco à radiação, mas desde que o universo se expandiu e esfriou, o plasma estava tão disperso que a luz das galáxias viajou através do espaço intergaláctico quase totalmente desimpedido. É como se o cosmos ligasse o interruptor da luz das estrelas.

Emerging From Cosmic Dawn

Então, o que esse buraco negro supermassivo tem a ver com essa dramática transformação cósmica?

Observações do quasar, chamado ULAS J1342 + 0928, mostraram que ele é cercado por hidrogênio neutro. O hidrogênio neutro existente em torno desta galáxia bebê significa que é somente emergiu deste período de reionização, tornando-a a primeira galáxia que nós posso Vejo, já que está entre a primeira população de galáxias a se formar.

"O novo quasar é ele próprio uma das primeiras galáxias, e, no entanto, já abriga um buraco negro gigante tão grande quanto outros no universo atual! ", disse o co-autor Xiaohui Fan, que trabalha na Universidade do Arizona, em um comunicado de imprensa.

Detectar esse objeto não foi uma tarefa fácil. A luz do J1342 + 0928 levou mais de 13 bilhões de anos para chegar até nós, por isso é extremamente tênue e muito desviado para o vermelho. Os quasares eram poderosos geradores de radiação de comprimento de onda curto, como raios-X. Mas depois de viajar 13 bilhões de anos-luz, a radiação foi esticada para a parte infravermelha do espectro, portanto, apenas os telescópios infravermelhos mais sensíveis podem detectá-lo.

Usando dados gerados a partir de uma trifeta internacional de telescópios poderosos, os pesquisadores foram capazes de procurar candidatos a quasares nos confins do cosmos. Uma vez identificado, outros observatórios se empenharam para caracterizar esse objeto extremo.

O Observatório Gemini no Havaí, por exemplo, ajudou a determinar a enorme massa do buraco negro sondando o espectro infravermelho para medir a atividade do buraco negro. Os quasares eram poderosos geradores de radiação no universo primordial porque os buracos negros supermassivos em seus núcleos tinham acesso a uma grande quantidade de material. Como eles rapidamente consumiram esta matéria, os buracos negros formaram uma vasta, disco de acreção quente e radiante, criando a luz de marca registrada dos quasares que pode ser vista por bilhões de anos-luz.

A próxima etapa é pesquisar mais quasares como J1342 + 0928, e os pesquisadores estimam que deve haver entre 20 e 100 quasares semelhantes em todo o céu.

Muito grande?

Agora que sabemos que J1342 + 0928 é o lar de um buraco negro supermassivo de 800 milhões de massa solar, a grande questão é, como diabos isso ficou tão gigantesco?

Algumas das maiores questões que pairam sobre a cosmologia e a astrofísica modernas se concentram nos buracos negros supermassivos. Esses monstros são conhecidos por se esconderem nos núcleos da maioria das galáxias, incluindo o nosso, e sabemos que eles podem ter a massa de um bilhão de sóis. Tentar explicar como os buracos negros supermassivos em nosso universo moderno consumiram matéria suficiente para se tornarem tão grandes é bastante difícil, mas encontrar um monstro de 800 milhões de massa solar que existiu apenas 690 milhões de anos após o Big Bang é uma tarefa difícil. Como esse buraco negro bebê cresceu tanto tão rápido?

Os mecanismos por trás da acumulação de buracos negros são mal compreendidos, mas os pesquisadores sugerem que este exemplo pode ter sido apenas um "desabrochar precoce" que teve uma juventude extremamente ativa, apenas para se estabelecer como um buraco negro supermassivo "regular" em uma grande galáxia elíptica.

"Se ele estiver localizado em uma parte mais densa do que a média do universo, poderia começar mais cedo na vida e crescer mais rapidamente, "Fan disse em um comunicado.

"Esta descoberta mostra que obviamente existia um processo no início do Universo para fazer este monstro, "acrescentou o astrônomo Eduardo Bañados, na Carnegie Institution for Science que liderou o estudo internacional. "Que processo é esse? Bem, isso manterá os teóricos muito ocupados! "

O universo tem 13,8 bilhões de anos, portanto, 690 milhões de anos representam meros 5% da idade do nosso universo.