Astrónomos descobrem 83 buracos negros supermassivos no início do Universo

Astrónomos do Japão, do Taiwan e da Universidade de Princeton descobriram 83 quasares alimentados por buracos negros supermassivos no Universo distante. Os quasares remontam a uma época em que o Universo tinha menos de 10% da sua idade atual.

“É extraordinário que objetos tão grandes e densos se tenham podido formar logo após o Big Bang,” disse Michael Strauss, professor de Ciências Astrofísicas da Universidade de Princeton e um dos coautores do estudo. “Compreender como se podem formar, e até que ponto são comuns, os buracos negros no Universo primordial tem sido um desafio para os modelos cosmológicos.”

A descoberta aumenta consideravelmente o número de buracos negros que se conhecem nesta fase inicial da história do Universo e, pela primeira vez, revela até que ponto são comuns. Além disso, dá-nos uma nova perspetiva sobre o efeito dos buracos negros no estado físico do gás do Universo primordial, nos seus primeiros milhares de milhões de anos. A investigação surge num conjunto de cinco artigos publicados nas revistas The Astrophysical Journal e Publications of the Astronomical Observatory of Japan.

Os buracos negros supermassivos no centro das galáxias podem ter milhões ou até milhares de milhões de vezes a massa do Sol. Sendo hoje predominantes, não se sabe ao certo quando se formaram, nem quantos existiam no distante Universo inicial. Um buraco negro supermassivo torna-se visível quando acumula gás, o que o faz brilhar como um “quasar”. Os estudos anteriores foram apenas sensíveis aos raríssimos quasares mais luminosos e, por consequência, aos buracos negros mais massivos. As novas descobertas analisam uma população de quasares mais fracos, alimentada por buracos negros com massas comparáveis à da maioria dos que se se encontram no Universo atual.

A equipa de investigação usou dados obtidos com um instrumento de ponta, o HSC (Hyper Suprime-Cam), instalado no Telescópio Subaru do Observatório Astronómico Nacional do Japão (NAOJ), localizado em Mauna Kea, no Havai. O HSC tem um enorme campo de visão – 1,77 graus, ou sete vezes a área da Lua cheia. A equipa do HSC está a examinar o céu com o telescópio ao longo de 300 noites, distribuídas por cinco anos.

Dos dados sensíveis da pesquisa do HSC, a equipa selecionou candidatos a quasar distantes. Para obter espectros desses candidatos foi depois realizada uma intensa campanha de observação, usando três telescópios: o Subaru; o Gran Telescopio Canarias, em La Palma, Canárias, Espanha; e o Telescópio Gemini Sul, no Chile. A pesquisa revelou 83 novos quasares muito distantes. Juntamente com 17 quasares já conhecidos na região, os investigadores descobriram que há aproximadamente um buraco negro supermassivo por giga-ano-luz cúbico – ou, por outras palavras, se dividíssemos o Universo em cubos imaginários com mil milhões de anos-luz de lado, cada um teria um buraco negro supermassivo.

A amostra de quasares neste estudo está a cerca de 13 mil milhões de anos-luz da Terra, ou seja, estamos a vê-los tal como eram há 13 mil milhões de anos. Como o Big Bang ocorreu há 13,8 mil milhões de anos, estamos efetivamente a olhar para o passado, para quando apenas haviam decorrido 800 milhões de anos após a criação do Universo.

É amplamente aceite que o hidrogénio do Universo foi em tempos neutro, mas foi “reionizado” na época em que nasceram as primeiras gerações de estrelas, galáxias e buracos negros supermassivos, nas primeiras centenas de milhões de anos após o Big Bang. Este é um marco da história cósmica, mas os astrónomos ainda não sabem de onde terá vindo a incrível quantidade de energia necessária para provocar a reionização. Uma hipótese muito considerada era a de que havia muito mais quasares no Universo primitivo do que os detetados, e a sua radiação integrada teria reionizado o Universo.

“No entanto, o número de quasares que observámos mostra não ser este o caso,” explicou Robert Lupton, investigador em ciências astrofísicas. “O número de quasares observados é significativamente menor que o necessário para explicar a reionização.” A reionização terá assim sido provocada por outra fonte de energia, provavelmente a formação de numerosas galáxias no Universo jovem.

O presente estudo foi possível graças às potencialidades do instrumento HSC e do telescópio Subaru. “Os quasares que descobrimos serão uma matéria interessante para mais observações de acompanhamento, com equipamentos atuais e futuros,” disse Yoshiki Matsuoka, ex-investigador de Princeton, agora na Universidade de Ehime, no Japão, que liderou o estudo. “Também ficámos a saber mais sobre a formação e evolução inicial dos buracos negros supermassivos, comparando a densidade medida e a distribuição de luminosidade com previsões de modelos teóricos.”

Com base nos resultados obtidos até agora, a equipa espera encontrar buracos negros ainda mais distantes e descobrir quando surgiu no Universo o primeiro buraco negro supermassivo.

Fonte da notícia: Princeton University