Jiarong Gu
Impressão de artista de um buraco negro durante um dos seus curtos períodos de crescimento rápido.
Os cientistas descobriram um enorme buraco negro no início do Universo que está a “dormir a sesta” depois de se ter empanturrado com demasiada comida.
Tal como um urso que se empanturra de salmão antes de hibernar no inverno, ou uma sesta muito necessária depois do jantar de Natal, este buraco negro comeu demais ao ponto de estar adormecido na sua galáxia hospedeira.
Uma equipa internacional de astrónomos, liderada pela Universidade de Cambridge, utilizou o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA para detetar este buraco negro no início do Universo, apenas 800 milhões de anos após o Big Bang.
Os seus resultados foram apresentados num artigo publicado na revista Nature.
O buraco negro é enorme — 400 milhões de vezes a massa do nosso Sol — o que faz dele um dos buracos negros mais massivos descobertos pelo Webb nesta altura do desenvolvimento do Universo
O buraco negro é tão grande que representa cerca de 40% da massa total da galáxia que o acolhe: em comparação, a maioria dos buracos negros do Universo local tem cerca de 0,1% da massa da galáxia que os hospeda.
No entanto, apesar do seu tamanho gigantesco, este buraco negro está a comer, ou a acretar, o gás de que necessita para crescer a um ritmo muito baixo – cerca de 100 vezes abaixo do seu limite máximo teórico – tornando-o essencialmente dormente.
Um buraco negro tão massivo tão cedo no Universo, mas que não está a crescer, desafia os modelos existentes de como os buracos negros se desenvolvem.
No entanto, os investigadores dizem que o cenário mais provável é que os buracos negros passem por curtos períodos de crescimento ultrarrápido, seguidos de longos períodos de dormência.
Quando os buracos negros estão a “dormir”, são muito menos luminosos, o que os torna mais difíceis de detetar, mesmo com telescópios altamente sensíveis como o Webb.
Os buracos negros não podem ser observados diretamente, mas são detetados pelo brilho de um disco de acreção em seu redor, que se forma perto da orla do buraco negro.
Quando os buracos negros estão a crescer ativamente, o gás no disco de acreção torna-se extremamente quente e começa a brilhar e a irradiar energia na gama do ultravioleta.
“Apesar deste buraco negro estar adormecido, o seu enorme tamanho tornou possível a sua deteção”, disse o autor principal Ignas Juodžbalis, do Instituto Kavli de Cosmologia de Cambridge. “O seu estado dormente permitiu-nos também aprender sobre a massa da galáxia hospedeira. O Universo primitivo conseguiu produzir alguns monstros absolutos, mesmo em galáxias relativamente pequenas”.
De acordo com os modelos padrão, os buracos negros formam-se a partir do colapso de estrelas mortas e acumulam matéria até um limite previsto, conhecido como limite de Eddington, em que a pressão da radiação sobre a matéria ultrapassa a atração gravitacional do buraco negro.
No entanto, a dimensão deste buraco negro sugere que os modelos padrão podem não explicar adequadamente como é que estes monstros se formam e crescem.
“É possível que os buracos negros ‘nasçam grandes‘, o que poderia explicar o facto do Webb ter detetado buracos negros enormes no Universo primitivo”, disse o coautor professor Roberto Maiolino, do Instituto Kavli e do Laboratório Cavendish de Cambridge. “Mas outra possibilidade é que passem por períodos de hiperatividade, seguidos de longos períodos de dormência”.
Trabalhando com colegas italianos, os investigadores de Cambridge realizaram uma série de simulações em computador para modelar a forma como este buraco negro adormecido poderia ter crescido até atingir uma dimensão tão massiva tão cedo no Universo.
Descobriram que o cenário mais provável é que os buracos negros podem exceder o limite de Eddington durante curtos períodos, durante os quais crescem muito rapidamente, seguidos de longos períodos de inatividade: os investigadores dizem que buracos negros como este provavelmente comem durante cinco a dez milhões de anos e dormem durante cerca de 100 milhões de anos.
“Parece contraintuitivo explicar um buraco negro dormente com períodos de hiperatividade, mas estas curtas explosões permitem-lhe crescer rapidamente enquanto passa a maior parte do tempo a dormir a sesta”, disse Maiolino.
Como os períodos de dormência são muito mais longos do que os períodos de crescimento ultrarrápido, é nestes períodos que os astrónomos têm mais probabilidades de detetar buracos negros.
“Este foi o primeiro resultado que obtive no âmbito do meu doutoramento e demorei algum tempo a perceber o quão notável era“, disse Juodžbalis. “Só quando comecei a falar com os meus colegas do lado teórico da astronomia é que pude ver o verdadeiro significado deste buraco negro”.
Devido às suas baixas luminosidades, os buracos negros dormentes são mais difíceis de detetar pelos astrónomos, mas os investigadores dizem que este buraco negro é quase de certeza a ponta de um iceberg muito maior, se os buracos negros no Universo primitivo passarem a maior parte do seu tempo num estado dormente.
“É provável que a grande maioria dos buracos negros existentes esteja neste estado de dormência – estou surpreendido por termos encontrado este, mas estou entusiasmado por pensar que podemos encontrar muitos mais“, disse Maiolino.
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