Um novo estudo publicado na Nature Astronomy descreve o objeto mais luminoso já observado pelos astrônomos. É um buraco negro com uma massa de 17 mil milhões de Sóis, engolindo uma quantidade maior de massa do que o Sol todos os dias.



Ela é conhecida há várias décadas, mas como é tão brilhante, os astrônomos presumiram que deveria ser uma estrela próxima. Apenas observações recentes revelaram a sua extrema distância e luminosidade.

O objeto foi apelidado de J0529-4351. Este nome refere-se simplesmente às suas coordenadas na esfera celeste – uma forma de projetar os objetos no céu no interior de uma esfera. É um tipo de objeto chamado quasar.

A natureza física dos quasares era inicialmente desconhecida. Mas em 1963, a luz visível de um quasar chamado 3C 273 foi dividida em todos os seus comprimentos de onda (conhecidos como espectro). Isto mostrou que estava localizado a quase 2 bilhões de anos-luz de distância.

Dado o quão brilhante 3C 273 nos parece, e quão longe está, deve ser extremamente luminoso – um termo em astronomia que se refere à quantidade de luz emitida por um objeto numa unidade de tempo. A única fonte de energia conhecida para tal luminosidade extrema foi através da queda de material num buraco negro supermassivo. Os quasares são, portanto, os buracos negros que crescem mais ativamente no universo.

Fonte de energia

Buracos negros supermassivos geralmente ficam no centro das galáxias. Tal como acontece com todos os quasares, J0529-4351 é alimentado por material, principalmente hidrogénio superaquecido e gás hélio, que cai no seu buraco negro vindo da galáxia circundante.

Aproximadamente uma vez a massa do Sol cai neste buraco negro todos os dias. Exatamente como tanto gás pode ser canalizado para o centro das galáxias para aumentar a massa dos buracos negros é uma questão sem resposta na astrofísica.

No centro da galáxia, o gás forma um disco fino. As propriedades de viscosidade (resistência ao fluxo de matéria no espaço) e fricção no disco fino ajudam a aquecer o gás a dezenas de milhares de graus Celsius. Isto é quente o suficiente para brilhar quando visto em comprimentos de onda de luz ultravioleta e visível. É esse brilho que podemos observar da Terra.

Com cerca de 17 mil milhões de massas solares, J0529-4351 não é o buraco negro mais massivo conhecido. Um objeto, no centro do aglomerado de galáxias Abell 1201, equivale a 30 bilhões de sóis. No entanto, precisamos de ter em mente que, devido ao tempo que a luz leva para percorrer a vasta distância entre este objeto e a Terra, estamos a testemunhar isso quando o Universo tinha apenas 1,5 mil milhões de anos. Tem agora cerca de 13,7 bilhões de anos.

Portanto, este buraco negro deve ter crescido, ou acumulado, a este ritmo durante uma fração significativa da idade do Universo no momento em que foi observado. Os autores acreditam que a acumulação de gás pelo buraco negro está a acontecer perto do limite estabelecido pelas leis da física. A acreção mais rápida causa um disco de gás mais luminoso ao redor do buraco negro, o que, por sua vez, pode impedir a entrada de mais material.

História da descoberta

J0529-4351 é conhecido há décadas, mas apesar de ter um disco de acreção de gás 15.000 vezes maior que o nosso sistema solar e ocupar a sua própria galáxia – que é provavelmente próxima do tamanho da Via Láctea – está tão distante que é aparece como um único ponto de luz em nossos telescópios.

Isto significa que é difícil distinguir dos milhares de milhões de estrelas da nossa própria galáxia. Descobrir que se trata de facto de um buraco negro distante, poderoso e supermassivo exigiu algumas técnicas mais complexas. Em primeiro lugar, os astrónomos recolheram luz do meio da banda de ondas infravermelhas (luz com comprimentos de onda muito mais longos do que aqueles que podemos ver).

Estrelas e quasares parecem bastante diferentes entre si nesses comprimentos de onda. Para confirmar a observação, foi obtido um espectro (tal como foi feito com o quasar 3C 273), utilizando o telescópio de 2,3 metros da Universidade Nacional Australiana no Observatório Siding Spring, Nova Gales do Sul.

E, tal como aconteceu com 3C 273, o espectro revelou tanto a natureza do objeto como a que distância se encontrava – 12 mil milhões de anos-luz. Isso destacou o quão extrema deve ser sua luminosidade.

Verificações detalhadas

Apesar destas medições, foram necessárias várias verificações para confirmar a verdadeira luminosidade do quasar. Em primeiro lugar, os astrónomos precisavam de ter a certeza de que a luz não tinha sido ampliada por uma fonte no céu que estivesse mais próxima da Terra. Assim como as lentes usadas em óculos ou binóculos, as galáxias podem atuar como lentes. Eles são tão densos que podem dobrar e ampliar a luz de fontes mais distantes que estão perfeitamente alinhadas atrás deles.

Dados do satélite Gaia da Agência Espacial Europeia, que tem medições extremamente precisas da posição de J0529-4351, foram usados ​​para determinar que J0529-4351 é realmente uma única fonte de luz sem lentes no céu. Isto é apoiado por espectros mais detalhados obtidos com as instalações do Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul, no Chile.

É provável que J0529-4351 se torne uma ferramenta muito significativa para o estudo futuro de quasares e do crescimento de buracos negros. A massa dos buracos negros é uma propriedade fundamental, mas é muito difícil de medir diretamente, pois não existe um conjunto padrão de balanças para objetos tão absurdamente grandes e misteriosos.

Uma técnica é medir o efeito que o buraco negro tem sobre o gás mais difuso que o orbita em grandes nuvens, chamada de “região de linha larga”. Este gás é revelado no espectro através de largas “linhas de emissão”, que são causadas por elétrons saltando entre níveis de energia específicos no gás ionizado.

A largura destas linhas está diretamente relacionada com a massa do buraco negro, mas a calibração desta relação é muito mal testada para os objetos mais luminosos, como J0529-4351. No entanto, por ser fisicamente tão grande e tão luminoso, J0529-4351 será observável por um novo instrumento instalado no VLT, chamado Gravity+.

Este instrumento fornecerá uma medição direta da massa do buraco negro e calibrará as relações usadas para estimar massas em outros objetos de alta luminosidade.

Informações do diário: Astronomia da Natureza

Fornecido por The Conversation

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.