As estrelas não podem mais se esconder atrás da luz de alimentar buracos negros supermassivos no universo infantil.
Com a ajuda do Telescópio Espacial James Webb (JWST), os astrônomos observaram pela primeira vez a luz das estrelas de duas galáxias primitivas que hospedavam buracos negros supermassivos, ou quasares. As descobertas podem eventualmente ajudar os cientistas a entender melhor como os buracos negros supermassivos crescem rapidamente para massas equivalentes a milhões ou bilhões de sóis e como eles evoluem junto com as galáxias que os hospedam.
“Há 25 anos, foi surpreendente para nós podermos observar galáxias hospedeiras há 3 bilhões de anos, usando grandes telescópios terrestres”, disse Knud Jancke, membro da equipe e pesquisador do Instituto Max Planck para Astronomia. ele disse em um comunicado. “O Telescópio Espacial Hubble nos permitiu explorar a era de pico do crescimento do buraco negro há 10 bilhões de anos. E agora temos o JWST disponível para ver as galáxias onde os primeiros buracos negros supermassivos apareceram.”
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A equipe observou duas dessas chamadas galáxias ativas, que são vistas como eram quando o universo de 13,8 bilhões de anos tinha menos de um bilhão de anos. Eles foram capazes de calcular tanto a massa das galáxias quanto a massa dos buracos negros supermassivos que alimentam os quasares, designados J2236+0032 e J2255+0251. A luz dessas duas galáxias levou 12,9 e 12,8 bilhões de anos para chegar até nós, e assim apareceram aos astrônomos como eram 870 e 880 milhões de anos depois, o Big Bang, respectivamente.
Observações revelaram que a massa das galáxias é 130 bilhões 30 bilhões de vezes a do Sol, e que o monstro que alimenta os buracos negros tem massas de 1,4 bilhão de massas solares para J2236+0032 e 200 milhões de massas solares para J2255+0251. Isso mostrou que a massa dessas primeiras galáxias e seus buracos negros A central está relacionada da mesma forma que a observada nas galáxias observadas perto da Via Láctea e, portanto, é mais recente no tempo.
Como os buracos negros supermassivos crescem com suas galáxias?
Os quasares são alguns dos objetos mais extremos de todo o universo. Alimentados por buracos negros supermassivos cercados por gás e poeira, alguns se acumulando no buraco negro, alguns explodindo a velocidades próximas da velocidade da luz, os quasares emitem tanta luz que muitas vezes podem ofuscar todas as estrelas da galáxia hospedeira juntas.
Acredita-se que quase todas as galáxias tenham um buraco negro supermassivo em seu núcleo, mas nem todas essas estrelas são quasares. Por exemplo, o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea, Sagitário A* (Sgr A*), consome tão pouca matéria quanto um humano comendo um grão de arroz a cada milhão de anos. Assim, não está alimentando o suficiente para alimentar o quasar.
O primeiro quasar foi detectado em 1963 e, desde então, os cientistas descobriram os processos que alimentam sua emissão massiva de luz. Nos anos 2000, descobriu-se que as massas das galáxias e seus buracos negros supermassivos estão interconectados, com a massa das estrelas em uma galáxia cerca de 1.000 vezes maior que a de seu buraco negro central.
A relação entre as massas de buracos negros supermassivos e suas galáxias é válida para galáxias com buracos negros supermassivos milhões de vezes a massa do Sol, e para aquelas com buracos negros centrais bilhões de vezes mais massivos que a nossa estrela.
A relação entre a massa das galáxias e a massa de seus buracos negros supermassivos pode estar relacionada ao fato de que ambos crescem através de uma série de fusões intergalácticas que eventualmente levam os buracos negros nos núcleos dessas galáxias a colidirem violentamente uns com os outros. criando um buraco negro maior. Assim, após muitas fusões, a massa da galáxia será aproximadamente a massa média da galáxia inicial multiplicada pelo número de galáxias com as quais ela se fundiu, enquanto a massa do buraco negro central será aproximadamente a massa do buraco negro inicial multiplicada pelo mesmo número. , o que leva a uma relação aproximadamente linear.
Outra sugestão é que, quando um buraco negro supermassivo se alimenta de matéria suficiente para se tornar um quasar, a radiação que explode organiza a matéria disponível tanto para o quasar quanto para a formação de novas estrelas. E assim, quando um quasar fica sem comida e para de crescer, a formação de estrelas também diminui nessa galáxia.
Seja qual for o motivo dessa relação, os astrônomos não foram capazes de determinar se as galáxias e seus buracos negros supermassivos existiam no início do universo até agora. Isso ocorre porque, embora o brilho dos quasares permita que eles sejam estudados a distâncias de bilhões de anos-luz de distância, também dificulta a observação da fraca luz das estrelas das galáxias hospedeiras dos quasares.
Os telescópios terrestres lutam para distinguir a luz dos quasares e a luz das estrelas em suas galáxias devido à influência da atmosfera da Terra. De sua posição acima da atmosfera, o Telescópio Espacial Hubble teve algum sucesso na detecção de luz dessas galáxias quando elas estão a cerca de 10 bilhões de anos-luz de distância. Mas para fazer isso em galáxias mais antigas e distantes, os astrônomos tiveram que esperar pelo telescópio espacial mais poderoso já colocado em órbita, o JWST.
Os quasares J2236+0032 e J2255+0251 foram observados usando o instrumento principal do JWST, a Near Infrared Camera (NIRCam), por duas horas em dois comprimentos de onda diferentes. A equipe pegou esse espectro combinado de quasar e luz estelar para ambas as galáxias e, em seguida, separou a luz do quasar para ver a luz das primeiras estrelas nessas galáxias pela primeira vez.
Notavelmente, as observações de J2236+0032 e J2255+0251 e suas galáxias usando o JWST mostraram que a relação buraco negro/aglomerado de supergaláxias existia mesmo no início do universo. Atualmente, esses dados por si só não são suficientes para revelar as origens dessa relação coletiva e como os buracos negros supermassivos crescem para tamanhos tão gigantescos, mas eles irão informar futuras investigações.
Os resultados representam apenas uma parte das observações do JWST de quasares distantes, já que o poderoso telescópio espacial atualmente monitora dez desses enormes objetos de buracos negros e suas galáxias. Além disso, outras 11 horas de tempo de observação foram dadas para esta exploração específica do início do universo.
A pesquisa foi publicada em 28 de junho na revista Nature.
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