Este buraco negro incrivelmente massivo não estava com muita fome durante o início dos tempos
Usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST), astrônomos avistaram um buraco negro supermassivo no “amanhecer cósmico” que parece ser impossivelmente massivo. A confusão vem do fato de que não parece que esse vazio gigante estava se banqueteando com muita matéria ao redor durante aquele tempo — mas, para atingir seu tamanho imenso, seria de se esperar que ele estivesse voraz quando o tempo começou.
A alimentação supermassiva buraco negro, que alimenta um quasar no coração da galáxia J1120+0641, foi visto como era quando o universo tinha apenas cerca de 5% da sua idade atual. Ele também tem uma massa superior a um bilhão de vezes a do sol.
Embora seja relativamente fácil explicar até que ponto os buracos negros supermassivos mais próximos e, portanto, mais recentes cresceram até atingirem milhares de milhões de massas solares, espera-se que os processos de fusão e alimentação que facilitam esse crescimento demorem cerca de mil milhões de anos. Isso significa que encontrar buracos negros supermassivos que existiam antes de o universo de 13,8 mil milhões de anos ter mil milhões de anos é um verdadeiro dilema.
Desde que iniciou suas operações no verão de 2022, o JWST tem se mostrado particularmente eficiente em detectar buracos negros desafiadores no amanhecer cósmico.
Uma teoria em torno do crescimento inicial desses vazios é que eles estavam envolvidos em um frenesi alimentar denominado “modo de alimentação ultraeficaz”. No entanto, as observações do JWST do buraco negro supermassivo em J1120+0641 não mostraram nenhum mecanismo de alimentação particularmente eficiente no material nas proximidades dele. Esta descoberta lança dúvidas sobre a alimentação ultrarrápida mecanismo de crescimento de buraco negro supermassivo e significa que os cientistas podem saber ainda menos sobre a evolução inicial do cosmos do que imaginavam.
Relacionado: 'Venda de exaustão' do buraco negro da Via Láctea descoberta em estranhas observações de raios-X
“No geral, as novas observações apenas aumentam o mistério: os primeiros quasares eram chocantemente normais”, disse Sarah Bosman, líder da equipe e pesquisadora de pós-doutorado do Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA). disse em um comunicado. “Não importa em quais comprimentos de onda os observamos, os quasares são quase idênticos em todas as épocas do universo.”
Buracos negros supermassivos controlam suas próprias dietas
Nos últimos 13,8 mil milhões de anos de história cósmica, as galáxias cresceram em tamanho, adquirindo massa, seja absorvendo gás e poeira circundantes, seja canibalizando galáxias menoresou pela fundindo-se com galáxias maiores.
Há cerca de 20 anos, antes do JWST e outros telescópios começaram a encontrar buracos negros supermassivos preocupantes no universo primitivo, os astrônomos assumiram que os buracos negros supermassivos no coração das galáxias cresceram gradualmente em sintonia com os processos que levaram a crescimento galáctico.
Na verdade, há limites para a velocidade de crescimento de um buraco negro — limites que esses titãs cósmicos ajudam a estabelecer para si mesmos.
Devido à conservação do momento angular, a matéria não pode cair diretamente num buraco negro. Em vez disso, uma nuvem achatada de matéria chamada disco de acréscimo é formada ao redor do buraco negro. Além disso, a imensa gravidade do buraco negro central dá origem a poderosas forças de maré que criam condições turbulentas no disco de acreção, aquecendo-o e fazendo com que ele emita luz através do espectro eletromagnético. Essas emissões são tão brilhantes que muitas vezes ofuscam a luz combinada de todas as estrelas na galáxia ao redor. As regiões em que tudo isso acontece são chamadas quasarese representam alguns dos objetos celestes mais brilhantes.
Esse brilho também tem outra função. Apesar de não ter massa, a luz exerce pressão. Isso significa que a luz emitida pelos quasares empurra a matéria ao redor. Quanto mais rápido o buraco negro que alimenta o quasar se alimenta, maior a pressão de radiação e mais provável é que o buraco negro corte seu próprio suprimento de alimentos e pare de crescer. O ponto em que buracos negros, ou qualquer outro agregador, morrem de fome ao empurrar a matéria ao redor é conhecido como “Limite de Eddington.”
Isso significa que buracos negros supermassivos não podem simplesmente se alimentar e crescer tão rápido quanto gostariam. Portanto, encontrar buracos negros supermassivos com massas tão grandes quanto 10 bilhões de sóis no cosmos primitivo, especialmente menos de um bilhão de anos após o Big Bang, é um problema real.
Os astrônomos precisam saber mais sobre os primeiros quasares para determinar se os primeiros buracos negros supermassivos foram capazes de superar o limite de Eddington e se tornarem os chamados “accretores super-Eddington”.
Para isso, em janeiro de 2023, a equipe concentrou os esforços do JWST Instrumento de infravermelho médio (MIRI) no quasar no coração de J1120+0641, localizado a 13 bilhões de anos-luz de distância e visto como era apenas 770 milhões de anos após o Big Bang. A investigação constitui o primeiro estudo no infravermelho médio de um quasar que existiu no alvorecer cósmico.
O espectro de luz deste buraco negro supermassivo primitivo revelou as propriedades do grande “toro” em forma de anel de gás e poeira que circunda o disco de acreção. Este toro ajuda a guiar a matéria para o disco de acreção, de onde é gradualmente alimentada para o buraco negro supermassivo.
As observações do MIRI deste quasar mostraram que a cadeia de abastecimento cósmica funciona de forma semelhante à dos quasares “modernos” mais próximos da Terra que, portanto, existem em épocas posteriores do universo. Isto é uma má notícia para os proponentes da teoria de que um mecanismo de alimentação melhorado levou ao rápido crescimento dos primeiros buracos negros.
Além disso, as medições da região em torno do buraco negro supermassivo, onde a matéria gira quase a uma velocidade velocidade da luzem conformidade com observações das mesmas regiões de quasares modernos.
As observações do JWST deste quasar revelaram uma grande diferença entre ele e seus equivalentes modernos. A poeira no toro ao redor do disco de acreção tinha uma temperatura de cerca de 2.060 graus Fahrenheit (1.130 graus Celsius), que é cerca de 100 graus mais quente do que os anéis de poeira ao redor de quasares supermassivos alimentados por buracos negros vistos mais perto da Terra.
A pesquisa favorece outro método de crescimento inicial de buracos negros supermassivos que sugere que esses titãs cósmicos tiveram uma vantagem inicial no universo primitivo, formando-se a partir de “sementes” de buraco negro que já eram enormes Essas sementes pesadas teriam massas pelo menos cem mil vezes maiores que a do Sol, formando-se diretamente por meio do colapso de nuvens de gás iniciais e massivas.
A pesquisa da equipe foi publicada em 17 de junho na revista Astronomia da Natureza.
Postado originalmente em Espaço.com.
