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O Telescópio Espacial James Webb identificou um buraco negro supermassivo com 50 milhões de massas solares que existia apenas 700 milhões de anos após o Big Bang, no universo primitivo, e que representa dois terços da massa total do objeto ao seu redor. A descoberta, publicada na Nature e na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, desafia o modelo clássico de formação de buracos negros e sugere que o objeto surgiu antes da própria galáxia. O buraco negro está no objeto Abell2744-QSO1, um “Little Red Dot” ampliado pela lente gravitacional do Aglomerado de Pandora, a mais de 13 bilhões de anos-luz da Terra.
Pela primeira vez na história da astronomia, cientistas conseguiram medir diretamente a massa de um buraco negro que existia no primeiro bilhão de anos após o Big Bang, e o resultado é perturbador. O objeto, chamado QSO1, contém um buraco negro supermassivo com aproximadamente 50 milhões de vezes a massa do Sol, e esse monstro gravitacional representa sozinho dois terços de toda a massa existente ao seu redor. A proporção é milhares de vezes maior do que a observada em galáxias próximas, onde o buraco negro central responde por uma fração ínfima da massa total, e sugere que neste caso o buraco negro surgiu primeiro e a galáxia está nascendo depois dele.
Roberto Maiolino, da Universidade de Cambridge e coautor dos estudos, classificou a descoberta como “uma mudança de paradigma, uma revisão total dos cenários clássicos de como os buracos negros se formam e crescem”. O James Webb observou o QSO1 a mais de 13 bilhões de anos-luz de distância, com a luz do buraco negro tendo viajado desde uma época em que o universo tinha apenas 700 milhões de anos. O objeto é ampliado por um efeito de lente gravitacional provocado pelo aglomerado de galáxias Abell 2744, conhecido como Aglomerado de Pandora.
Como cientistas mediram a massa do buraco negro
A equipe utilizou o instrumento NIRSpec do James Webb para mapear o movimento do gás ao redor do buraco negro e identificar a composição química da região. O hidrogênio que circunda o QSO1 apresenta um padrão chamado rotação kepleriana, o mesmo tipo de movimento que os planetas fazem ao orbitar o Sol, o que permitiu calcular diretamente a massa do objeto usando leis gravitacionais conhecidas.
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O pesquisador Ignas Juodžbalis explicou que a rotação kepleriana é significativa porque indica que a maior parte da massa está concentrada no buraco negro central. Se a massa estivesse distribuída entre muitas estrelas ao redor, o gás não teria esse padrão orbital perfeito. A medição direta confirmou que o buraco negro possui aproximadamente 50 milhões de massas solares, um valor consistente com as estimativas indiretas anteriores de 40 milhões.
O buraco negro que nasceu antes da galáxia
Por décadas, o modelo aceito dizia que buracos negros supermassivos surgiam do colapso de grandes estrelas dentro de galáxias já existentes e cresciam gradualmente ao consumir matéria e se fundir com outros buracos negros. O problema sempre foi explicar como alguns desses objetos alcançaram massas de milhões ou bilhões de sóis tão cedo na história do universo, quando simplesmente não havia tempo suficiente para o crescimento gradual.
O QSO1 desafia esse cenário porque o buraco negro representa dois terços da massa total do sistema, proporção que seria impossível se ele tivesse surgido dentro de uma galáxia previamente formada. Juodžbalis afirmou que “encontramos um buraco negro que não possui uma galáxia hospedeira substancial e que antecedeu processos estelares”, classificando a descoberta como “evidência de buracos negros primordiais ou de colapso direto, que haviam sido teorizados, mas não confirmados”.
O ambiente mais primitivo já observado ao redor de um buraco negro
Os mapas de composição química revelaram que o gás ao redor do buraco negro é formado quase totalmente por hidrogênio e hélio, com quantidades mínimas de elementos mais pesados como oxigênio. A metalicidade do QSO1 é inferior a 0,5% da observada no Sol, tornando o ambiente um dos mais “primitivos” já medidos em toda a história da observação astronômica.
Essa composição é significativa porque elementos mais pesados que hidrogênio e hélio são produzidos dentro de estrelas. A quase total ausência desses elementos ao redor do buraco negro reforça a ideia de que o objeto se formou em um ambiente onde estrelas ainda não haviam enriquecido o gás circundante. Para Maiolino, “é a primeira medição direta da massa de um buraco negro dentro do primeiro bilhão de anos após o Big Bang”.
O que a descoberta muda sobre a origem dos buracos negros
Os cientistas acreditam que o QSO1 pode ter se originado a partir de uma “semente pesada” formada nos primeiros instantes após o Big Bang ou do colapso direto de uma gigantesca nuvem de gás primordial. Em ambos os cenários, o buraco negro teria nascido enorme, sem precisar de bilhões de anos de crescimento gradual, o que explica como ele já era supermassivo quando o universo ainda era jovem.
O QSO1 pode estar nos estágios iniciais da formação de uma galáxia ao seu redor, invertendo a ordem que os cientistas assumiam: em vez de a galáxia criar o buraco negro, é o buraco negro que está criando as condições para a galáxia existir.
Se essa hipótese se confirmar com mais observações do James Webb, o modelo de formação de estruturas no universo precisará ser reescrito. O James Webb já identificou dezenas de “Little Red Dots” semelhantes ao QSO1, e cada um pode conter um buraco negro supermassivo que desafia o cenário clássico.
Você sabia que um buraco negro de 50 milhões de massas solares pode ter surgido antes da própria galáxia? O que mais impressiona: a idade de 13 bilhões de anos, a proporção de dois terços da massa total ou a composição primitiva do gás? Conta nos comentários.
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