Os buracos negros são muitas vezes identificados porque “fazem barulho”. Quando gás e poeira caem para o seu interior, podem libertar quantidades colossais de energia, iluminando os centros das galáxias e transformando-se em alguns dos objetos mais brilhantes do espaço.
Ainda assim, nem todos os buracos negros estão em atividade. Alguns permanecem adormecidos e passam despercebidos, sem emitir sinais que os telescópios consigam captar.
Detetá-los é muito mais difícil, mas os astrónomos conseguiram agora localizar um dos exemplos mais distantes deste tipo de objeto.
O alvo encontra-se no centro de uma galáxia situada a mais de 10 mil milhões de anos-luz da Terra. Os cientistas identificaram o buraco negro dormente mais distante alguma vez observado, levando o recorde anterior para quase 15 vezes mais longe.
A descoberta oferece uma oportunidade rara de observar uma fase em que o Universo ainda era jovem e estava a formar muitas das estruturas que hoje reconhecemos.
Encontrar o buraco negro em MRG-M0138
Este buraco negro fica no centro da galáxia MRG-M0138, e os astrónomos estimam que tenha uma massa cerca de 6 mil milhões de vezes superior à do Sol.
O que torna este achado particularmente relevante é a época a que pertence. Está a ser estudado num período em que o Universo tinha apenas cerca de 3 mil milhões de anos - aproximadamente um quarto da sua idade atual.
Ao contrário dos buracos negros ativos, este não emite níveis elevados de radiação. Por isso, encontra-se essencialmente adormecido e, na prática, invisível.
Pesar um gigante invisível
Com base em observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA, uma equipa internacional de astrónomos seguiu o movimento de estrelas próximas do centro da galáxia.
Os investigadores mediram a velocidade a que essas estrelas se deslocam e compararam o comportamento das que orbitam mais perto do núcleo com o das que se encontram mais afastadas. A partir dessas diferenças, calcularam a massa do objeto invisível responsável por influenciar o movimento.
“Determinar a forma como as estrelas se movem coletivamente no núcleo desta galáxia distante permitiu-nos medir a massa do seu buraco negro supermassivo que, de outro modo, seria indetetável”, afirmou o autor sénior, Professor Richard Ellis, do Departamento de Física e Astronomia do University College London (UCL).
“Ao demonstrarmos que esta técnica é viável para galáxias do Universo primordial, podemos agora realizar um censo mais completo de como os buracos negros se desenvolvem ao longo do tempo e inferir o seu papel na forma como moldam a evolução das galáxias.”
O método, conhecido como dinâmica estelar, já tinha sido usado para medir buracos negros dormentes em galáxias relativamente próximas, incluindo o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea.
No entanto, esta é a primeira vez que os cientistas aplicam a técnica com sucesso a um objeto situado a uma distância tão extrema.
Quando a gravidade curva a luz
Em condições normais, observar movimentos estelares numa galáxia a mais de 10 mil milhões de anos-luz estaria fora do alcance das capacidades atuais. Mas a natureza ofereceu uma ajuda.
Uma segunda galáxia, colocada entre a Terra e a MRG-M0138, funciona como uma lente gravitacional. A sua gravidade curva e volta a focar a luz proveniente da galáxia mais distante, ampliando a imagem em cerca de 30 vezes.
Esta ampliação natural permitiu aos investigadores analisar pormenores que, de outra forma, ficariam ocultos.
“Ao combinar os dados do JWST com a lente gravitacional, conseguimos espreitar para o interior da esfera de influência do buraco negro, onde a sua gravidade aumenta as velocidades das estrelas”, explicou o autor principal, Dr. Andrew Newman, da Carnegie Science.
“Esta é uma das melhores técnicas de que dispomos para pesar um buraco negro, por isso foi entusiasmante estendê-la a um período muito mais antigo da história cósmica.”
Antes deste trabalho, a galáxia mais distante estudada com esta abordagem estava a apenas cerca de 700 milhões de anos-luz.
Buracos negros e galáxias “mortas”
Este resultado pode ajudar a esclarecer outra questão discutida há muito na astronomia: de que forma a presença de um buraco negro supermassivo influencia as galáxias nas proximidades?
Os investigadores identificaram não só um buraco negro adormecido, como também a galáxia inativa que o alberga. Galáxias deste tipo são conhecidas como galáxias quiescentes, porque já não estão a formar novas estrelas.
Os cientistas têm motivos para pensar que, em tempos, existiu um quasar dentro da MRG-M0138, com matéria a cair ativamente para o buraco negro central.
Em paralelo, grandes quantidades de energia podem ter impedido a formação de novas estrelas ao aquecer e perturbar as nuvens de gás necessárias para que a formação estelar ocorra.
Muitos investigadores consideram que este mecanismo é importante para a evolução das galáxias. Os buracos negros poderão regular o crescimento das galáxias hospedeiras ao limitarem a formação de estrelas.
Lições de MRG-M0138
Até hoje, os cientistas encontraram apenas um pequeno número de buracos negros dormentes com uma massa tão elevada - e todos os exemplos anteriores estavam muito mais perto da Terra.
Isso torna a MRG-M0138 especialmente valiosa. Permite observar diretamente a relação entre galáxias e os seus buracos negros centrais durante uma fase decisiva da história do cosmos.
Os astrónomos esperam que o JWST e observatórios futuros revelem muitos mais buracos negros ocultos do Universo primordial.
Cada nova deteção ajudará a responder a questões-chave sobre como estes objetos se formaram, de que modo cresceram tão depressa, porque é que alguns se tornam dormentes e o que os leva a voltar à atividade.
Por agora, um buraco negro quase invisível já abriu uma nova janela para o passado longínquo do Universo.
O estudo completo foi publicado na revista Science.
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