Quasares supermassivos que crescem sem engolir matéria intrigam cientistas

Um artigo publicado recentemente no periódico científico The Astrophysical Journal relata a descoberta de intrigantes quasares supermassivos formados por buracos negros gigantes no início do Universo. 

A equipe de pesquisadores utilizou o Telescópio Espacial James Webb (JWST), da NASA, para observar esses objetos a uma distância de 13 bilhões de anos-luz, revelando detalhes que desafiam as teorias atuais sobre a formação de buracos negros.

Os resultados foram surpreendentes porque, segundo os modelos tradicionais, buracos negros isolados deveriam ter dificuldade em acumular matéria suficiente para se tornarem supermassivos em tão pouco tempo após o Big Bang. No entanto, as observações do JWST mostram buracos negros com massas de milhões ou até bilhões de vezes a do Sol, formados quando o Universo tinha menos de um bilhão de anos. 

Essa descoberta levanta uma questão: como esses buracos negros conseguiram crescer tão rápido, quando o processo esperado levaria muito mais tempo?

Quasares são núcleos galácticos extremamente brilhantes, formados por buracos negros que absorvem grandes quantidades de gás e poeira. A pesquisa focou em cinco dos primeiros quasares conhecidos, formados entre 600 e 700 milhões de anos após o Big Bang. 

Os cientistas examinaram os arredores desses objetos, conhecidos como “campos de quasares”, e encontraram uma diversidade inesperada nos ambientes. Alguns estavam localizados em regiões densas, como previsto, mas outros se encontravam em áreas quase desertas, com pouco material disponível para alimentar o crescimento dos buracos negros.

“Descobrimos que esses quasares, em média, não estão nas regiões mais densas do início do Universo, como se pensava anteriormente. Alguns deles parecem estar no meio do nada”, explicou Anna-Christina Eilers, professora assistente do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), em um comunicado. Isso torna tudo ainda mais misterioso, já que, teoricamente, esses buracos negros precisariam de grandes quantidades de matéria para atingir suas massas colossais.

Descoberta do Telescópio James Webb desafia modelos tradicionais

No Universo recente, os buracos negros supermassivos são encontrados no centro de grandes galáxias. Eles crescem gradualmente, acumulando matéria ou se fundindo com outros buracos negros ao longo de bilhões de anos. Diferentemente, os buracos negros de massa estelar surgem do colapso de estrelas massivas e têm massas significativamente menores, variando entre 10 e 100 vezes a massa do Sol. 

O JWST ter identificado buracos negros supermassivos em um estágio tão jovem do Universo desafia os modelos convencionais, que sugerem que esse crescimento deveria levar mais de um bilhão de anos.

Esses quasares são tão brilhantes que ofuscam a luz combinada de todas as estrelas da galáxia onde estão localizados. Essa luminosidade extrema é causada pela grande quantidade de matéria que cai no buraco negro, gerando calor e emitindo luz que pode ser trilhões de vezes mais intensa que a do Sol. No entanto, a observação de quasares em regiões pobres em matéria levanta a dúvida sobre como eles conseguem sustentar esse crescimento.

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Os cientistas então consideraram a teoria da “teia cósmica”, uma vasta rede de matéria escura que moldou a evolução do Universo. 

A matéria escura, embora invisível, é responsável por atrair gás e poeira, criando as primeiras galáxias e fornecendo o material necessário para o crescimento de buracos negros. Esperava-se que os primeiros quasares estivessem localizados em regiões onde os filamentos da teia cósmica se cruzam, formando áreas de alta densidade de matéria. No entanto, algumas das observações do JWST mostraram quasares em locais inesperados, longe dessas concentrações de matéria, o que contradiz essa previsão.

Poeira cósmica pode ter interferido nas observações dos quasares antigos

Para entender melhor esses ambientes, a equipe “costurou” várias imagens do telescópio para criar mosaicos detalhados dos campos de quasares, permitindo medir a distância entre esses quasares e as galáxias vizinhas. 

“Descobrimos que os ambientes desses quasares variam muito”, disse Eilers. “Um deles tem quase 50 galáxias ao redor, enquanto outro tem apenas duas, mesmo que ambos existam em tempos e volumes semelhantes no Universo”.

Essa descoberta desafia o que se sabe sobre o processo de crescimento dos buracos negros supermassivos e a formação das primeiras galáxias. O entendimento atual é que essas estruturas evoluíram a partir da interação entre a matéria visível e a matéria escura, que representa cerca de 85% de toda a matéria do Universo. Os resultados obtidos pelo JWST, porém, indicam que a história pode ser mais complexa do que se imaginava.

Uma das hipóteses levantadas pela equipe é que os quasares aparentemente isolados possam estar cercados por poeira cósmica que ainda não foi detectada, o que dificultaria a observação de galáxias próximas. Por isso, os cientistas pretendem refinar suas observações para determinar se esses quasares estão, de fato, em ambientes vazios ou apenas escondidos pela poeira. 

Segundo Eilers, ainda falta uma peça significativa do quebra-cabeça. “Se não há matéria suficiente para alimentar esses quasares, deve haver outro mecanismo que ainda não compreendemos”.

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