Este buraco negro incrivelmente massivo não estava com muita fome durante o início dos tempos
Usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST), os astrônomos avistaram um buraco negro supermassivo no “amanhecer cósmico” que parece ser incrivelmente massivo. A confusão vem do fato de que não parece que esse vazio gigante estivesse se alimentando de muita matéria circundante durante esse período – mas, para atingir seu tamanho imenso, seria de se esperar que ele estivesse faminto quando o tempo começou.
A alimentação supermassiva buraco negroque alimenta um quasar no coração da galáxia J1120+0641, foi visto como era quando o universo tinha apenas cerca de 5% de sua idade atual. Ele também tem uma massa que é mais de 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 as suas operações no verão de 2022, o JWST revelou-se particularmente eficiente na deteção de buracos negros tão desafiantes na madrugada cósmica.
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.
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“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 que 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 através da aquisição de massa, quer através da absorção de gás e poeira circundantes, quer por canibalizando galáxias menoresou pela fusão 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 presumiram que os buracos negros supermassivos nos corações das galáxias cresceram gradualmente em sincronia com os processos que levaram à crescimento galáctico.
Na verdade, existem limites para a rapidez com que um buraco negro pode crescer – limites que esses titãs cósmicos na verdade ajudam a estabelecer.
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 se forma 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-o emitir luz através do espectro electromagnético. Estas emissões são tão brilhantes que muitas vezes ofuscam a luz combinada de todas as estrelas da galáxia circundante. As regiões onde 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 os buracos negros supermassivos não podem simplesmente se alimentar e crescer tão rápido quanto quiserem. Assim, encontrar buracos negros supermassivos com massas tão grandes como 10 mil milhões de sóis no cosmos primitivo, especialmente menos de mil milhões 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 fazer isso, em janeiro de 2023, a equipe concentrou o JWST Instrumento de infravermelho médio (MIRI) no quasar no coração de J1120+0641, localizado a 13 mil milhões de anos-luz de distância e visto apenas 770 milhões de anos após o Big Bang. A investigação constitui o primeiro estudo no infravermelho médio de um quasar que existia no amanhecer cósmico.
O espectro de luz deste buraco negro supermassivo inicial 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 dos quasares modernos.
As observações do JWST deste quasar revelaram uma grande diferença entre ele e os seus homólogos modernos. A poeira no toro ao redor do disco de acreção tinha uma temperatura de cerca de 1.130 graus Celsius (2.060 graus Fahrenheit), que é cerca de 100 graus mais quente do que os anéis de poeira em torno dos quasares movidos por buracos negros supermassivos 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 massivas. Essas sementes pesadas teriam massas pelo menos cem mil vezes maiores que a do Sol, formando-se diretamente através do colapso das primeiras e massivas nuvens de gás.
A pesquisa da equipe foi publicada em 17 de junho na revista Astronomia da Natureza.
Postado originalmente em Espaço.com.
