Os buracos negros não só existiam no início dos tempos, como também deram origem a novas estrelas e à formação de galáxias sobrecarregadas, sugere uma nova análise dos dados do Telescópio Espacial James Webb.



Os insights derrubam teorias sobre como os buracos negros moldam o cosmos, desafiando a compreensão clássica de que eles se formaram após o surgimento das primeiras estrelas e galáxias. Em vez disso, os buracos negros podem ter acelerado dramaticamente o nascimento de novas estrelas durante os primeiros 50 milhões de anos do Universo, um período fugaz nos seus 13,8 mil milhões de anos de história.

“Sabemos que estes buracos negros monstruosos existem no centro de galáxias perto da nossa Via Láctea, mas a grande surpresa agora é que também estavam presentes no início do Universo e eram quase como blocos de construção ou sementes para as primeiras galáxias,” disse autor principal Joseph Silk, professor do Departamento de Física e Astronomia da Universidade Johns Hopkins e do Instituto de Astrofísica de Paris, Universidade Sorbonne. "Eles realmente impulsionaram tudo, como amplificadores gigantescos de formação estelar, o que é uma reviravolta completa em relação ao que pensávamos ser possível antes - tanto que isto poderia abalar completamente a nossa compreensão de como as galáxias se formam."

O trabalho foi publicado recentemente no Astrophysical Journal Letters .

Galáxias distantes do universo primitivo, observadas através do telescópio Webb, parecem muito mais brilhantes do que os cientistas previram e revelam números invulgarmente elevados de estrelas jovens e buracos negros supermassivos, disse Silk.

A sabedoria convencional afirma que os buracos negros se formaram após o colapso de estrelas supermassivas e que as galáxias se formaram depois que as primeiras estrelas iluminaram o escuro universo primitivo. Mas a análise da equipa de Silk sugere que os buracos negros e as galáxias coexistiram e influenciaram o destino uns dos outros durante os primeiros 100 milhões de anos. Se toda a história do universo fosse um calendário de 12 meses, esses anos seriam como os primeiros dias de janeiro, disse Silk.

"Estamos argumentando que o buraco negro libera nuvens de gás esmagadas, transformando-as em estrelas e acelerando enormemente a taxa de formação de estrelas", disse Silk. "Caso contrário, é muito difícil compreender de onde vieram estas galáxias brilhantes porque são tipicamente mais pequenas no Universo primitivo. Por que diabos deveriam estar a formar estrelas tão rapidamente?"

Os buracos negros são regiões do espaço onde a gravidade é tão forte que nada consegue escapar à sua atração, nem mesmo a luz. Devido a esta força, eles geram campos magnéticos poderosos que provocam tempestades violentas, ejetando plasma turbulento e, em última análise, agindo como enormes aceleradores de partículas, disse Silk. Este processo, disse ele, é provavelmente o motivo pelo qual os detectores de Webb detectaram mais buracos negros e galáxias brilhantes do que os cientistas previram.

“Não conseguimos ver estes ventos violentos ou jatos muito, muito distantes, mas sabemos que devem estar presentes porque vemos muitos buracos negros no início do Universo”, explicou Silk. "Estes enormes ventos vindos dos buracos negros esmagam as nuvens de gás próximas e transformam-nas em estrelas. Esse é o elo que faltava que explica porque é que estas primeiras galáxias são muito mais brilhantes do que esperávamos."

A equipe de Silk prevê que o universo jovem teve duas fases. Durante a primeira fase, as saídas de alta velocidade dos buracos negros aceleraram a formação de estrelas e, depois, numa segunda fase, as saídas abrandaram. Algumas centenas de milhões de anos após o big bang, as nuvens de gás entraram em colapso devido às tempestades magnéticas de buracos negros supermassivos, e novas estrelas nasceram a uma taxa muito superior à observada milhares de milhões de anos mais tarde em galáxias normais, disse Silk. A criação de estrelas abrandou porque estes fluxos poderosos fizeram a transição para um estado de conservação de energia, disse ele, reduzindo o gás disponível para formar estrelas nas galáxias.

“No início pensávamos que as galáxias se formavam quando uma nuvem gigante de gás colapsava”, explicou Silk. “A grande surpresa é que havia uma semente no meio daquela nuvem – um grande buraco negro – e isso ajudou a transformar rapidamente a parte interna dessa nuvem em estrelas a uma taxa muito maior do que alguma vez esperávamos. são incrivelmente brilhantes."

A equipe espera que futuras observações do telescópio Webb, com contagens mais precisas de estrelas e buracos negros supermassivos no universo primitivo, ajudem a confirmar os seus cálculos. Silk espera que estas observações também ajudem os cientistas a reunir mais pistas sobre a evolução do universo.

"A grande questão é:quais foram os nossos primórdios? O Sol é uma estrela em 100 bilhões na Via Láctea, e há um enorme buraco negro no meio também. Qual é a conexão entre os dois?" ele disse. "Dentro de um ano teremos dados muito melhores e muitas das nossas perguntas começarão a receber respostas."

Os autores incluem Colin Norman e Rosemary F. G. Wyse, da Johns Hopkins; Mitchell C. Begelman, da Universidade do Colorado e do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia; e Adi Nusser, do Instituto de Tecnologia de Israel.

Mais informações: Joseph Silk et al, O que veio primeiro:buracos negros supermassivos ou galáxias? Insights do JWST, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1bf0
Informações do diário: Cartas de Diários Astrofísicos

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