Monstro em massa faminto

 O buraco negro no centro de uma galáxia no início do universo recebeu menos fluxo de massa do que o esperado

Potência cósmica: Impressão artística de um quasar cuja região central foi literalmente colocada em movimento no universo primitivo. Embora as galáxias muitas vezes se fundissem naquela época, grandes quantidades de matéria foram lançadas nos centros das galáxias. Quando a matéria orbita o buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia, é libertada energia, o que explica o enorme brilho de uma galáxia activa. O quasar ainda pode, portanto, ser observado hoje a grande distância. © ESO / M. Kornmesser 

Com o instrumento GRAVITY atualizado no Interferômetro do Very Large Telescope do Observatório Europeu do Sul, uma equipe de astrônomos liderada pelo Instituto Max Planck de Física Extraterrestre determinou a massa de um Buraco Negro em uma galáxia apenas 2 bilhões de anos após o Big Bang. .

Com 300 milhões de massas solares, o buraco negro é, na verdade, submassivo em comparação com a massa da sua galáxia hospedeira. Os pesquisadores suspeitam do que está acontecendo aqui.

No universo mais local, os astrónomos observaram relações estreitas entre as propriedades das galáxias e a massa dos buracos negros supermassivos que residem nos seus centros, sugerindo que as galáxias e os buracos negros coevoluem. Um teste crucial seria investigar esta relação nos primeiros tempos cósmicos, mas para estas galáxias distantes os métodos diretos tradicionais de medição da massa do buraco negro são impossíveis ou extremamente difíceis.

Embora estas galáxias brilhem frequentemente muito intensamente (foram apelidadas de “quasares” ou “objectos quase estelares” quando foram descobertas pela primeira vez na década de 1950), estão tão distantes que não podem ser detectadas com a maioria dos telescópios.

Em 2018, fizemos as primeiras medições inovadoras da massa de um buraco negro de um quasar com o GRAVITY”, diz Taro Shimizu, cientista do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre. “Este quasar estava muito próximo, no entanto. Agora, atingimos um desvio para o vermelho de 2,3, correspondendo a um tempo retrospectivo de 11 mil milhões de anos.” GRAVITY+ abre agora uma forma nova e precisa de estudar o crescimento dos buracos negros nesta época crítica, muitas vezes chamada de “meio-dia cósmico”, quando tanto os buracos negros como as galáxias estavam a crescer rapidamente.

Ilustração das observações GRAVITY+ de um quasar no Universo primordial. A imagem de fundo mostra a evolução do Universo desde o Big Bang, com o quasar J0920 (impressão de artista) há 11 mil milhões de anos. As observações foram possíveis graças à combinação dos quatro telescópios do VLT. Crédito: T. Shimizu; imagem de fundo - NASA/WMAP; ilustração do quasar - ESO/M. Kornmesser; VLT - ESO/G. Hüdepohl

“Esta é realmente a próxima revolução na astronomia – agora podemos obter imagens de buracos negros no universo primitivo, 40 vezes mais nítidas do que seria possível com o telescópio James Webb”, aponta Frank Eisenhauer, diretor do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre. que lidera o grupo que desenvolve o instrumento GRAVITY e as melhorias do GRAVITY+. GRAVITY combina todos os quatro telescópios de 8 metros do Very Large Telescope do ESO interferometricamente, criando essencialmente um telescópio virtual gigante com um diâmetro de 130 metros.

A equipe conseguiu resolver espacialmente o movimento das nuvens de gás em torno do buraco negro central da galáxia, denominado SDSS J092034.17+065718.0, à medida que giram num disco espesso. Isto permite uma medição direta da massa do buraco negro.

Com 320 milhões de massas solares, a massa do buraco negro acaba por ter um peso inferior em comparação com a sua galáxia hospedeira, que tem uma massa de cerca de 60 mil milhões de massas solares. Isto sugere que a galáxia hospedeira cresceu mais rapidamente do que o buraco negro supermassivo, indicando um atraso entre o crescimento da galáxia e do buraco negro para alguns sistemas.

“O cenário provável para a evolução desta galáxia parece ser um forte feedback de supernova, onde estas explosões estelares expelem gás das regiões centrais antes que este possa atingir o buraco negro no centro galáctico”, diz Jinyi Shangguan, cientista do mesmo grupo de investigação. .

“O buraco negro só poderá começar a crescer rapidamente – e acompanhar o crescimento geral da galáxia – quando a galáxia se tornar suficientemente massiva para reter um reservatório de gás nas suas regiões centrais, mesmo contra o feedback de supernova.”

Para determinar se este cenário é também o modo dominante de coevolução para outras galáxias e seus buracos negros centrais, a equipe fará o acompanhamento com medições de massa de buracos negros de maior precisão no início do universo.

Fonte: Sociedade Max Planck