JWST revela mistério dos buracos negros massivos no universo primordial

O Telescópio Espacial James Webb (JWST) tem revolucionado nossa compreensão do universo early, especialmente ao descobrir buracos negros que desafiam as teorias cosmológicas convencionais. Esses objetos celestes, encontrados nas primeiras fases da existência do cosmos, excedem em massa o que os modelos astronômicos previam para aquela era distante.

Segundo os astrônomos, os buracos negros supermassivos (SMBH) observados pelo JWST nas primeiras one ou two bilhões de anos do universo representam um paradoxo cosmológico. Na era moderna, a relação entre a massa de um buraco negro e a massa estelar de sua galáxia hospedeira varia consistentemente entre 0.1% e 0.5%. No entanto, nas galáxia de alto deslocamento para o vermelho, essa relação é drasticamente diferente.

Essas galáxias primordiais, agora classificadas como Overmassive Black Hole Galaxies (OBG), apresentam buracos negros que correspondem a 10% a 30% da massa estelar de suas galáxias hospedeiras. Em casos extremos como os Little Red Dots, a massa do buraco negro ultrapassa completamente a massa estelar da galáxia que o abriga.

Uma nova pesquisa publicada no The Astrophysical Journal Letters oferece uma explicação intrigante para esse fenômeno intitulada “How Overmassive Black Holes Formed at Cosmic Dawn”. O autor principal, Muhammad Latif do Departamento de Física da College of Science da United Arab Emirates University, propõe que esses buracos negros são o resultado de colapso direto (DCBH).

Os halos de matéria escura primordial, descritos como a espinha gravitacional sobre a qual as galáxias se formam, teriam sido o berço desses objetos excepcionais. Ao contrário dos buracos negros convencionais que se formam a partir do colapso estelar, os DCBH teriam se originado diretamente do colapso de matéria sem precursor estelar.

Utilizando simulações cosmológicas, os pesquisadores demonstraram que esses buracos negros crescem apenas à metade da taxa de Eddington, eliminando a necessidade de acreção super-Eddington para explicar sua massa impressionante. Essa descoberta revela um mecanismo de formação mais natural para esses objetos enigmáticos.

Um fator crucial na compreensão dessas galáxias é a formação estelar suprimida em seus ambientes. As simulações de Latif e sua equipe são as primeiras a seguir a co-evolução de um DCBH e sua galáxia hospedeira por vários milhões de anos, mostrando como a feedback do buraco negro e as supernovas das estrelas Pop III inibiram efetivamente a formação estellar.

Como prova da precisão de suas simulações, os modelos apresentados correspondem exatamente aos espectros das galáxias primordiais GHZ9 e UHZ1 observadas pelo JWST, respectivamente nos deslocamentos para o vermelho z = 10.1 e z = 10.4. Essa correlação fortalece a teoria de que os OBG representam uma fase natural na evolução das galáxias que abrigaram DCBH.

Os pesquisadores concluem que a quantidade de OBGs encontrados até agora é consistente com estimativas anteriores das densidades de DCBH, sugerindo que essas galáxias podem representar uma fase evolutiva comum na maioria das galáxias que abrigaram DCBH no início do universo.

Essas descobertas não apenas resolvem um dos quebra-cabeças mais intrigantes da astrofísica moderna, mas também oferecem insights valiosos sobre a formação dos primeiros buracos negros supermassivos que moldaram a estrutura do universo como o conhecemos hoje.