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    Cientistas observam buraco negro supermassivo no universo infantil
    p As concepções artísticas do buraco negro supermassivo mais distante já descoberto, que faz parte de um quasar de apenas 690 milhões de anos após o Big Bang. É cercado por hidrogênio neutro, indicando que é do período denominado época de reionização, quando as primeiras fontes de luz do universo foram ligadas. Crédito:Robin Dienel, Carnegie Institution for Science

    p Uma equipe de astrônomos, incluindo dois do MIT, detectou o buraco negro supermassivo mais distante já observado. O buraco negro fica no centro de um quasar ultrabright, cuja luz foi emitida apenas 690 milhões de anos após o Big Bang. Essa luz levou cerca de 13 bilhões de anos para chegar até nós - um período de tempo que é quase igual à idade do universo. p O buraco negro é medido como sendo cerca de 800 milhões de vezes mais massivo que o nosso Sol - um Golias para os padrões modernos e uma anomalia relativa no universo primitivo.

    p "Este é o único objeto que observamos nesta época, "diz Robert Simcoe, o Professor de Física Francis L. Friedman no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT. “Tem uma massa extremamente alta, e, no entanto, o universo é tão jovem que essa coisa não deveria existir. O universo simplesmente não era velho o suficiente para fazer um buraco negro tão grande. É muito intrigante. "

    p Somando-se à intriga do buraco negro está o ambiente em que ele se formou:os cientistas deduziram que o buraco negro tomou forma exatamente quando o universo estava passando por uma mudança fundamental, de um ambiente opaco dominado por hidrogênio neutro para um em que as primeiras estrelas começaram a piscar. À medida que mais estrelas e galáxias se formavam, eles eventualmente geraram radiação suficiente para virar o hidrogênio do neutro, um estado em que os elétrons do hidrogênio estão ligados ao seu núcleo, para ionizado, em que os elétrons são liberados para recombinar-se aleatoriamente. Essa mudança do hidrogênio neutro para o ionizado representou uma mudança fundamental no universo que persiste até hoje.

    p A equipe acredita que o buraco negro recém-descoberto existia em um ambiente quase neutro, meio ionizado.

    p "O que descobrimos é que o universo tinha cerca de 50/50 - é um momento em que as primeiras galáxias emergiram de seus casulos de gás neutro e começaram a brilhar para sair, "Simcoe diz." Esta é a medição mais precisa da época, e uma indicação real de quando as primeiras estrelas foram ativadas. "

    p Simcoe e a pós-doc Monica L. Turner são os co-autores do MIT de um artigo que detalha os resultados, publicado hoje no jornal Natureza . Os outros autores principais são da Carnegie Institution for Science, em Pasadena, Califórnia.

    p A concepção artística do buraco negro supermassivo mais distante já descoberto, que faz parte de um quasar de apenas 690 milhões de anos após o Big Bang. Crédito:Robin Dienel, Carnegie Institution for Science.

    p Uma mudança, a alta velocidade

    p O buraco negro foi detectado por Eduardo Bañados, um astrônomo da Carnegie, que encontrou o objeto enquanto vasculhava várias pesquisas de todo o céu, ou mapas do universo distante. Bañados estava procurando em particular por quasares - alguns dos objetos mais brilhantes do universo, que consistem em um buraco negro supermassivo rodeado por redemoinhos, acreção de discos de matéria.

    p Depois de identificar vários objetos de interesse, Os bañados se concentraram neles usando um instrumento conhecido como FIRE (o Folded-port InfraRed Echellette), que foi construído por Simcoe e opera nos telescópios Magellan de 6,5 metros de diâmetro no Chile. FIRE é um espectrômetro que classifica objetos com base em seus espectros infravermelhos. A luz de muito distante, os primeiros objetos cósmicos mudam para comprimentos de onda mais vermelhos em sua jornada pelo universo, conforme o universo se expande. Os astrônomos referem-se a este fenômeno semelhante ao Doppler como "redshift"; quanto mais distante um objeto, quanto mais longe sua luz mudou em direção ao vermelho, ou infravermelho final do espectro. Quanto maior o desvio para o vermelho de um objeto, quanto mais longe está, tanto no espaço quanto no tempo.

    p Usando FIRE, a equipe identificou um dos objetos de Bañados como um quasar com um redshift de 7,5, o que significa que o objeto estava emitindo luz por volta de 690 milhões de anos após o Big Bang. Com base no redshift do quasar, os pesquisadores calcularam a massa do buraco negro em seu centro e determinaram que é cerca de 800 milhões de vezes a massa do sol.

    p "Algo está fazendo com que o gás dentro do quasar se mova em alta velocidade, e o único fenômeno que conhecemos que atinge tais velocidades é orbitar em torno de um buraco negro supermassivo, "Simcoe diz.

    p Espectro de infravermelho próximo combinado Magellan / FIRE e Gemini / GNIRS do quasar J1342 + 0928. A inserção mostra a linha MgII, que desempenhou um papel crucial na determinação da massa do buraco negro e foi obtido usando GNIRS. Crédito:Bañados et al.

    p Quando as primeiras estrelas ligaram

    p O quasar recém-identificado parece habitar um momento crucial na história do universo. Imediatamente após o Big Bang, o universo parecia uma sopa cósmica quente, partículas extremamente energéticas. À medida que o universo se expandia rapidamente, essas partículas resfriaram e coalesceram em gás hidrogênio neutro durante uma era que às vezes é chamada de idade das trevas - um período desprovido de qualquer fonte de luz. Eventualmente, a gravidade condensou a matéria nas primeiras estrelas e galáxias, que por sua vez produzia luz na forma de fótons. À medida que mais estrelas são ativadas em todo o universo, seus fótons reagiram com hidrogênio neutro, ionizando o gás e desencadeando o que é conhecido como a época da reionização.

    p Simcoe, Bañados, e seus colegas acreditam que o quasar recém-descoberto existiu durante esta transição fundamental, exatamente no momento em que o universo estava passando por uma mudança drástica em seu elemento mais abundante.

    p O novo buraco negro supermassivo J1342 + 0928 (estrela amarela), que reside em um universo predominantemente neutro no limite da aurora cósmica, está mais distante do que qualquer outro encontrado até o momento (pontos amarelos). Crédito:Jinyi Yang, Universidade do Arizona; Reidar Hahn, Fermilab; M. Newhouse NOAO / AURA / NSF

    p Os pesquisadores usaram o FIRE para determinar que uma grande fração do hidrogênio em torno do quasar é neutra. Eles extrapolaram isso para estimar que o universo como um todo era provavelmente meio neutro e meio ionizado na época em que observaram o quasar. Disto, eles inferiram que as estrelas devem ter começado a ligar durante este tempo, 690 milhões de anos após o Big Bang.

    p "Isso aumenta nossa compreensão do nosso universo em geral, porque identificamos aquele momento em que o universo está no meio desta transição muito rápida de neutro para ionizado, "Simcoe diz." Agora temos as medições mais precisas de quando as primeiras estrelas estavam aparecendo. "

    p Resta um grande mistério a ser resolvido:como um buraco negro de proporções tão massivas se formou tão cedo na história do universo? Acredita-se que os buracos negros crescem por acúmulo, ou absorvendo massa do ambiente circundante. Buracos negros extremamente grandes, como aquele identificado por Simcoe e seus colegas, deve se formar em períodos muito mais longos do que 690 milhões de anos.

    p "Se você começar com uma semente como uma grande estrela, e deixá-lo crescer na taxa máxima possível, e comece no momento do Big Bang, você nunca poderia fazer algo com 800 milhões de massas solares - não é realista, "Simcoe diz." Portanto, deve haver outra maneira de se formar. E como exatamente isso acontece, ninguém sabe."


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