James Webb flagra buraco negro colossal que nasceu antes de sua galáxia

O cosmos acaba de revelar uma peça que embaralha a ordem cronológica da criação galáctica. O telescópio espacial James Webb, da NASA, encontrou evidências contundentes de que um buraco negro supermassivo se formou antes mesmo da galáxia que o abriga, num tempo em que o Universo tinha apenas 700 milhões de anos.

A descoberta, centrada no objeto Abell2744-QSO1 – um Ponto Vermelho Distante que existia logo após o Big Bang –, desafia frontalmente o modelo clássico segundo o qual as galáxias surgem primeiro e só depois seus buracos negros centrais se desenvolvem a partir do colapso de estrelas massivas. Os detalhes da investigação foram publicados na revista Nature e no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, e também estão disponíveis no portal da NASA Science.

O coautor do estudo, Roberto Maiolino, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, classificou o achado como uma verdadeira reviravolta conceitual. “É uma mudança de paradigma, uma revisão total dos cenários clássicos de como os buracos negros se formam e crescem”, afirmou o pesquisador.

Outro coautor, Francesco D’Eugenio, também da Universidade de Cambridge, explicou que até então todas as medições de massa de buracos negros no Universo primitivo eram indiretas e dependiam de suposições herdadas do cosmos local. A nova abordagem, contudo, permitiu uma medida direta e inédita da massa do colosso escuro.

O segredo estava na capacidade do instrumento IFU a bordo do Webb, que mapeou a velocidade e a composição do gás em rotação ao redor do buraco negro. Ignas Juodžbalis, estudante de pós-graduação em Cambridge e autor principal de um dos artigos, e Cosimo Marconcini, da Universidade de Florença, coautor principal, usaram esses dados para traçar o movimento do hidrogênio.

Quando plotaram a velocidade de rotação em função da distância do centro, o gás exibiu movimento kepleriano perfeito, girando em torno de um ponto central exatamente como os planetas orbitam o Sol. “Isso é crucial porque nos diz que a maior parte da massa de QSO1 está concentrada no buraco negro central”, explicou Juodžbalis.

Se a massa estivesse mais distribuída por uma profusão de estrelas, o gás não apresentaria essa rotação kepleriana impecável. A equipe então aplicou as leis da gravidade para calcular diretamente a massa do buraco negro, um feito que antes era impossível para objetos tão distantes e antigos.

O resultado foi espantoso: o buraco negro possui cerca de 50 milhões de massas solares e responde por pelo menos dois terços da massa total do QSO1. Essa proporção é milhares de vezes maior do que a observada em galáxias próximas, onde os buracos negros supermassivos representam uma fração ínfima da massa da galáxia hospedeira.

Os mapas de composição química reforçaram o cenário de um buraco negro que antecede qualquer processo estelar robusto. O gás em todo o QSO1 é composto quase exclusivamente de hidrogênio e hélio, com uma metalicidade inferior a 0,5% da solar, fazendo dele um dos ambientes galácticos mais pristinos já medidos.

“Este é um resultado fenomenal”, celebrou Maiolino, destacando que se trata da primeira medição direta de massa de um buraco negro dentro do primeiro bilhão de anos após o Big Bang. O achado também valida os pressupostos usados nas estimativas indiretas anteriores, sugerindo que as massas de outros buracos negros primitivos não foram superestimadas.

A imensidão do buraco negro em relação à sua galáxia nanica indica que ele não pode ter se formado gradualmente pela fusão e alimentação de buracos negros de massa estelar. “Parece que encontramos um buraco negro que não possui uma galáxia hospedeira substancial e que antecedeu os processos estelares”, afirmou Juodžbalis.

Isso fortalece a hipótese de buracos negros primordiais ou de colapso direto, entidades que teriam nascido já gigantescas a partir de sementes pesadas forjadas no primeiro segundo do Universo ou um pouco depois, pelo colapso de enormes nuvens de gás. QSO1, portanto, pode estar nos estágios iniciais de construir uma galáxia ao seu redor, em vez de ser o subproduto de uma.

A equipe acredita que os Pontos Vermelhos Distantes como QSO1 não eram raros no Universo primitivo e já está analisando objetos similares para confirmar se os buracos negros supermassivos realmente precedem as galáxias onde hoje residem. As observações multiespectrais do Webb continuam a desvendar os capítulos mais misteriosos da infância cósmica.

O telescópio James Webb é o principal observatório de ciência espacial do mundo, um programa internacional liderado pela NASA em parceria com a Agência Espacial Europeia e a Agência Espacial Canadense. Sua capacidade sem precedentes de perscrutar o infravermelho próximo e médio o transformou na ferramenta definitiva para sondar a aurora do cosmos e reescrever os livros de astronomia.