Buraco negro mais distante detectado pela Nasa surgiu pouco após o Big Bang

A equipe do Observatório de Raios-X Chandra da Nasa, que contribuiu com o achado, divulgou a novidade ontem (6). A descoberta foi registrada em dois estudos: um deles ainda será publicado na revista Nature Astronomy, mas já está disponível em pré-impressão no site Arxiv, e o outro foi publicado no periódico Astrophysical Journal Letters.

A assinatura característica do buraco negro mais distante foi detectada a partir de uma combinação de dados do Chandra e do Telescópio Espacial James Webb da Nasa. O objeto está em um estágio inicial de crescimento que nunca havia sido testemunhado antes, no qual sua massa é semelhante à de sua galáxia hospedeira.

"Precisávamos do Webb para encontrar essa galáxia incrivelmente distante e do Chandra para encontrar seu buraco negro supermassivo", explica em comunicado Akos Bogdan, do Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian (CfA), que lidera a pesquisa na Nature Astronomy. "Também aproveitamos uma lente cósmica que aumentou a quantidade de luz que detectamos".

A galáxia que abriga o buraco negro recém-descoberto se chama UHZ1 e foi localizada na direção do aglomerado de galáxias Abell 2744, localizado a 3,5 bilhões de anos-luz da Terra. Porém, os dados do Webb revelaram que a galáxia está muito mais distante do que o aglomerado, a 13,2 bilhões de anos-luz do nosso planeta, quando o universo tinha apenas 3% de sua idade atual.

Após mais de duas semanas de observações com o Chandra, os astrônomos descobriram gás intenso e superaquecido emitindo raios-X nessa galáxia — uma característica de um buraco negro supermassivo em crescimento.

Devido à lente gravitacional, a luz da galáxia e os raios-X do gás ao redor de seu buraco negro supermassivo foram ampliados em cerca de quatro vezes pela matéria interposta em Abell 2744. Isso ampliou o sinal infravermelho detectado pelo Webb e permitiu ao Chandra detectar a fraca fonte de raios-X.

A descoberta pode ajudar os cientistas a entender como alguns buracos negros supermassivos atingiram massas colossais logo após o Big Bang. "Há limites físicos para quão rapidamente os buracos negros podem crescer uma vez que se formam, mas aqueles que nascem mais massivos têm uma vantagem inicial", explica Andy Goulding da Universidade de Princeton, nos EUA, coautor do estudo da Nature Astronomy e autor principal do artigo no The Astrophysical Journal Letters.

O pesquisador compara o crescimento dos buracos negros ao de plantas. "É como plantar uma muda, que leva menos tempo para crescer até se tornar uma árvore de tamanho normal do que se você começasse com apenas uma semente", observa.

O buraco negro recém-descoberto, por exemplo, nasceu massivo, o que lhe deu a mesma vantagem de crescimento. Sua massa é estimada entre 10 e 100 milhões de sóis, com base no brilho e na energia dos raios-X.

Essa faixa de massa é semelhante à de todas as estrelas da galáxia do buraco negro, o que contrasta com os buracos negros nos centros das galáxias no universo próximo, que geralmente contêm apenas cerca de um décimo da massa das estrelas de sua galáxia hospedeira.

A grande massa do buraco negro logo após ele nascer, somada à quantidade de raios-X que ele produz e ao brilho da galáxia detectado pelo Webb, está de acordo com previsões teóricas de 2017 da coautora Priyamvada Natarajan da Universidade de Yale, nos EUA.

"Achamos que esta é a primeira detecção de um 'buraco negro excessivamente grande' e a melhor evidência já obtida de que alguns buracos negros se formam a partir de nuvens maciças de gás", diz ela. "Pela primeira vez, estamos vendo uma breve fase em que um buraco negro supermassivo pesa aproximadamente o mesmo que as estrelas em sua galáxia, antes de ficar para trás", conclui.