Buracos negros sem fim aparecem na imagem de raios-x mais profunda já feita

NASA/CXC/Penn State/B. Luo et al

Observatório Chandra de Raios-X da NASA observou o tempo

Observatório Chandra de Raios-X da NASA observou o tempo

Uma imagem sem paralelos feita pelo Observatório Chandra de Raios-X da NASA está dando a uma equipe internacional de astrônomos a melhor observação já feita do crescimento de buracos negros ao longo de bilhões de anos, começando logo após o Big Bang.

Esta é a imagem mais profunda de raios X já feita, coletada em cerca de 7 milhões de segundos, ou 11 semanas e meia, nas quais o Chandra observou o tempo.

A imagem vem do que é conhecido como o Campo Profundo Sul de Chandra. A região central da imagem contém a maior concentração de buracos negros supermassivos já vistos.

A concentração desses monstros devoradores de luz na região central da foto é sem precedentes – o equivalente a 5.000 buracos negros supermassivos em uma área do tamanho da lua cheia, ou 1 bilhão deles, se a imagem fosse estendida por todo o céu noturno, disseram os pesquisadores.

“Com esta imagem incrível, podemos explorar os primeiros dias de buracos negros no Universo e ver como eles mudam ao longo de bilhões de anos”, diz Niel Brandt, professor de astronomia, astrofísica e física na Universidade da Pensilvânica, nos EUA, que lidera uma equipe de astrônomos que está estudando a imagem profunda.

Logo após o Big Bang

Cerca de 70% dos objetos da nova imagem são buracos negros supermassivos, que podem variar em massa de cerca de 100.000 a 10 bilhões de vezes a massa do Sol.

O gás que cai em direção a esses buracos negros fica muito mais quente à medida que se aproxima do horizonte de eventos, ou ponto de não retorno, produzindo uma emissão de raios-X brilhante.

“Pode ser muito difícil detectar buracos negros no Universo primitivo porque eles estão tão longe e eles só produzem radiação se eles estão puxando ativamente a matéria”, disse o membro da equipe Bin Luo, professor de astronomia e ciência espacial na Universidade de Nanjing, na China .

“Mas, olhando o tempo suficiente com Chandra, podemos encontrar e estudar um grande número de buracos negros em crescimento, alguns dos quais aparecem pouco depois do Big Bang”.

A nova imagem ultra-profunda de raios-X permite aos cientistas explorar ideias sobre como os buracos negros supermassivos cresceram cerca de um a dois bilhões de anos após o Big Bang.

Usando esses dados, os pesquisadores mostraram que esses buracos negros no início do Universo crescem principalmente em rajadas, e não através do lento acúmulo de matéria.

Os pesquisadores também encontraram dicas de que as sementes de buracos negros supermassivos podem ser “pesadas” com massas de cerca de 10.000 a 100.000 vezes a do Sol, ao invés de sementes leves com cerca de 100 vezes a massa do Sol.

Isto aborda um importante mistério na astrofísica sobre como esses objetos podem crescer tão rapidamente para alcançar massas de cerca de um bilhão de vezes a do Sol no Universo primitivo.

Adolescentes famintos

Eles também detectaram raios-X de galáxias maciças em distâncias até cerca de 12,5 bilhões de anos-luz da Terra. A maior parte da emissão de raios-X das galáxias mais distantes provavelmente vem de grandes coleções de buracos negros de massa estelar dentro delas.

Estes buracos negros são formados a partir do colapso de estrelas maciças e tipicamente pesam algumas dúzias de vezes a massa do Sol.

“Ao detectar raios-X de galáxias distantes, estamos aprendendo mais sobre a formação e evolução de buracos negros supermassivos e de massa estelar no Universo primitivo”, disse o membro da equipe Fabio Vito, pós-doutor em astronomia e astrofísica na Universidade da Pensilvânia.

“Nós estamos olhando para trás para tempos em que os buracos negros estavam em fases cruciais de crescimento, similar a crianças ou adolescentes com fome”, compara.

Para realizar este estudo, a equipe combinou os dados de raios-X de Chandra com dados muito profundos do Telescópio Espacial Hubble sobre o mesmo trecho do céu. Eles estudaram a emissão de raios X de mais de 2.000 galáxias identificadas pelo Hubble que estão localizadas entre cerca de 12 a 13 bilhões de anos-luz da Terra.

Novos trabalhos com Chandra e futuros observatórios de raios-X serão necessários para fornecer uma solução definitiva ao mistério de como os buracos negros supermassivos podem rapidamente atingir grandes massas.

Uma grande amostra de galáxias distantes virá de observações com o Telescópio Espacial James Webb, estendendo o estudo da emissão de raios X de buracos negros para distâncias ainda maiores da Terra.

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