Quase todas as galáxias hospedam um monstro em seu centro - um buraco negro supermassivo milhões a bilhões de vezes o tamanho do Sol. Embora ainda haja muito o que aprender sobre esses objetos, muitos cientistas acreditam que eles são cruciais para a formação e estrutura das galáxias. O que mais, alguns desses buracos negros são particularmente ativos, chicoteando estrelas, poeira e gás em discos de acreção brilhantes, emitindo radiação poderosa para o cosmos à medida que consomem matéria ao seu redor. Esses quasares são alguns dos objetos mais distantes que os astrônomos podem ver, e agora há um novo recorde para o mais distante já observado.

Uma equipe de cientistas, liderado pelo ex-bolsista de pós-doutorado da UC Santa Barbara Feige Wang e incluindo o professor Joe Hennawi e o atual pós-doutorado Riccardo Nanni, anunciou a descoberta de J0313-1806, o quasar mais distante descoberto até hoje. Visto como teria sido há mais de 13 bilhões de anos, este quasar distante totalmente formado também é o mais antigo já descoberto, fornecendo aos astrônomos uma visão sobre a formação de galáxias massivas no início do universo. As descobertas da equipe foram divulgadas na reunião de janeiro de 2021 da American Astronomical Society e publicadas em Cartas de jornal astrofísico .

Quasares são os objetos mais energéticos do universo. Eles ocorrem quando o gás no disco de acreção superaquecido em torno de um buraco negro supermassivo é inexoravelmente atraído para dentro, derramando energia em todo o espectro eletromagnético. Isso libera enormes quantidades de radiação eletromagnética, com os exemplos mais massivos superando facilmente galáxias inteiras.

Quasar J0313-1806 fica a 13 bilhões de anos-luz de distância, e existiu apenas 690 milhões de anos após o Big Bang. É alimentado pelo primeiro buraco negro supermassivo conhecido, que, apesar de sua formação inicial, ainda pesa mais de 1,6 bilhão de vezes a massa do Sol. De fato, J0313-1806 ofusca a Via Láctea moderna por um fator de 1, 000.

"Os quasares mais distantes são cruciais para a compreensão de como os primeiros buracos negros se formaram e para a compreensão da reionização cósmica - a última grande fase de transição do nosso universo, "disse o co-autor Xiaohui Fan, professor de astronomia da Universidade do Arizona.

A presença de um buraco negro tão massivo tão cedo na história do universo desafia as teorias da formação de buracos negros. Como autor principal Wang, agora um membro da NASA Hubble na Universidade do Arizona, explica:"Os buracos negros criados pelas primeiras estrelas massivas não poderiam ter crescido tanto em apenas algumas centenas de milhões de anos."

A equipe detectou J0313-1806 pela primeira vez depois de vasculhar os dados de levantamentos digitais do céu em grandes áreas. Crucial para a caracterização do novo quasar foi um espectro de alta qualidade obtido no Observatório W. M. Keck:"Através dos Observatórios da Universidade da Califórnia, temos acesso privilegiado aos telescópios Keck no cume do Mauna Kea, o que nos permitiu obter dados de alta qualidade sobre este objeto logo depois que foi confirmado ser um quasar em outros telescópios, "Disse Hennawi.

Além de pesar o buraco negro monstro, as observações do Observatório Keck descobriram um fluxo excepcionalmente rápido que emana do quasar na forma de um vento de alta velocidade viajando a 20% da velocidade da luz. "A energia liberada por tal fluxo de alta velocidade extrema é grande o suficiente para impactar a formação de estrelas em toda a galáxia hospedeira do quasar, "disse Jinyi Yang, do Observatório Steward da Universidade do Arizona.

A galáxia primitiva que hospeda o quasar está passando por uma onda de formação de estrelas, produzindo novas estrelas 200 vezes mais rápido do que a Via Láctea moderna. O sistema é o primeiro exemplo conhecido de um quasar que esculpe o crescimento de sua galáxia hospedeira. A combinação desta intensa formação estelar, o quasar luminoso e o fluxo de saída de alta velocidade tornam J0313-1806 e sua galáxia hospedeira um laboratório natural promissor para a compreensão do crescimento de buracos negros supermassivos e suas galáxias hospedeiras no universo inicial.

"Este seria um grande alvo para investigar a formação dos primeiros buracos negros supermassivos, "concluiu Wang." Também esperamos aprender mais sobre o efeito dos fluxos de saída de quasares em sua galáxia hospedeira - bem como aprender como as galáxias mais massivas se formaram no universo primitivo. "

Encontrar esses quasares distantes requer um trabalho incrivelmente meticuloso, uma vez que são como agulhas em um palheiro. Astrônomos exploram imagens digitais de bilhões de objetos celestes para encontrar candidatos promissores a quasares. "A taxa de sucesso atual para encontrar esses objetos é de cerca de 1%. Você tem que beijar muitos sapos antes de encontrar seu príncipe, "comentou Hennawi.

Hennawi, Wang e Nanni estão desenvolvendo ferramentas de aprendizado de máquina para analisar esse big data e tornar o processo de localização de quasares distantes mais eficiente. "Nos próximos anos, o satélite Euclid da Agência Espacial Europeia e o Telescópio Espacial James Webb da NASA nos permitirão encontrar talvez uma centena de quasares a esta distância, ou mais longe, "Hennawi disse." Com uma grande amostra estatística desses objetos, seremos capazes de construir uma linha do tempo precisa da época de reionização, bem como lançar mais luz sobre como esses enormes buracos negros se formaram. "