Buracos negros sem fim aparecem na mais profunda imagem de raios-x alguma vez feita

(dr) NASA / CXC / Penn State / B. Luo et al

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Uma imagem sem paralelo feita pelo Observatório Chandra de Raios-X da NASA está a dar a uma equipa internacional de astrónomos a melhor observação já feita do crescimento de buracos negros ao longo de biliões de anos.

Esta é a imagem mais profunda de raios X já feita, conseguida em cerca de sete milhões de segundos, ou onze semanas e meia, nas quais o Observatório Chandra observou o tempo.

A imagem vem daquilo que é conhecido como o Campo Profundo Sul de Chandra. A região central da imagem contém a maior concentração de buracos negros supermassivos alguma vez vistos.

A concentração desses monstros devoradores de luz na região central da fotografia não tem precedentes – o equivalente a cinco mil buracos negros supermassivos numa área do tamanho da lua cheia, ou um bilião deles, se a imagem fosse estendida por todo o céu noturno, disseram os investigadores.

“Com esta imagem incrível, podemos explorar os primeiros dias de buracos negros no Universo e ver como estes mudaram ao longo de biliões de anos”, diz Niel Brandt, professor de astronomia, astrofísica e física na Universidade da Pensilvânica, nos Estados Unidos.

Logo depois do Big Bang

Cerca de 70% dos objetos desta imagem são buracos negros supermassivos, que podem variar em massa de cerca de 100 mil a dez biliões de vezes a massa do Sol.

O gás que cai em direção a esses buracos negros fica muito mais quente à medida que se aproxima do horizonte de eventos, ou ponto de não retorno, produzindo uma emissão de raios-X brilhante.

“Pode ser muito difícil detectar buracos negros no Universo primitivo porque eles estão tão longe e só produzem radiação se estão a puxar ativamente a matéria”, disse o membro da equipa Bin Luo, professor de astronomia e ciência espacial na Universidade de Nanjing, na China.

“Mas, ao olhar o tempo suficiente com Chandra, podemos encontrar e estudar um grande número de buracos negros em crescimento, alguns dos quais aparecem pouco depois do Big Bang”.

A nova imagem ultra-profunda de raios-X permite aos cientistas explorar ideias sobre como os buracos negros supermassivos cresceram cerca de um a dois biliões de anos depois do Big Bang.

Usando esses dados, os investigadores mostraram que estes buracos negros no início do Universo cresceram principalmente em rajadas, e não através do lento acúmulo de matéria.

Os cientistas também encontraram evidências de que as sementes de buracos negros supermassivos podem ser “pesadas” com massas de cerca de dez mil a 100 mil vezes a do Sol, ao invés de sementes leves com cerca de 100 vezes a massa do Sol.

Isto aborda um importante mistério na astrofísica sobre como estes objetos podem crescer tão rapidamente para alcançar massas de cerca de um bilião de vezes a do Sol no Universo primitivo.

Adolescentes famintos

A equipa também detetou raios-X de galáxias maciças em distâncias até cerca de 12,5 biliões de anos-luz da Terra. A maior parte da emissão de raios-X das galáxias mais distantes provavelmente vem de grandes coleções de buracos negros de massa estelar dentro delas.

Estes buracos negros são formados a partir do colapso de estrelas maciças e tipicamente pesam algumas dúzias de vezes a massa do Sol.

“Ao detectar raios-X de galáxias distantes, estamos a aprender mais sobre a formação e evolução de buracos negros supermassivos e de massa estelar no Universo primitivo”, disse o membro da equipa Fabio Vito, pós-doutor em astronomia e astrofísica na Universidade da Pensilvânia.

“Nós estamos a olhar para trás, para tempos em que os buracos negros estavam em fases cruciais de crescimento, similar a crianças ou adolescentes com fome”, compara.

Para realizar este estudo, a equipa combinou os dados de raios-X do Chandra com dados muito profundos do Telescópio Espacial Hubble sobre o mesmo espaço do céu. Estudaram a emissão de raios X de mais de duas mil galáxias identificadas pelo Hubble que estão localizadas entre cerca de 12 a 13 biliões de anos-luz da Terra.

Novos trabalhos com Chandra e futuros observatórios de raios-X serão necessários para fornecer uma solução definitiva ao mistério de como os buracos negros supermassivos podem rapidamente atingir grandes massas.

Uma grande amostra de galáxias distantes virá de observações com o Telescópio Espacial James Webb, estendendo o estudo da emissão de raios X de buracos negros para distâncias ainda maiores da Terra.

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