Um quasar distante, que cintila a 12,9 bilhões de anos-luz da Terra, está desvendando mistérios cruciais sobre a gênese e a evolução dos buracos negros supermassivos no alvorecer do universo. Datando de meros 850 milhões de anos após o Big Bang, este fenômeno cósmico exibe variações de luminosidade equivalentes a 2 trilhões de vezes a força do nosso Sol, tornando-o um evento notável para a sua época e um farol para a ciência contemporânea.
Quasares são, em essência, os núcleos ativos de galáxias primordiais, onde buracos negros supermassivos, de apetite insaciável, devoram gás circundante. Esse processo voraz libera uma energia colossal, manifestada como luz intensa e jatos poderosos que moldam seus arredores. Embora mais de um milhão desses objetos tenham sido identificados no universo observável, apenas cerca de 200 foram detectados nos primeiros bilhões de anos após a grande explosão, realçando a raridade desta descoberta.
Gene Leung, pós-doutor no Kavli Institute for Astrophysics and Space Research no Massachusetts Institute of Technology (MIT), explicou que as flutuações na luminosidade dos quasares próximos já forneciam informações valiosas. Elas revelam detalhes intrincados sobre a estrutura do disco de acreção e os padrões de alimentação do buraco negro central. O quasar em questão, cuja luminosidade atinge a impressionante marca de 12 trilhões de sóis, exibe oscilações de cerca de 20%, o que equivale a 2 trilhões de vezes a luminosidade do nosso Sol, um indicativo eloquente de seu rápido e vigoroso crescimento.
A detecção dessas flutuações em um quasar tão remoto representou um desafio técnico monumental. A luz, em sua jornada cósmica de bilhões de anos, sofreu um alongamento significativo de suas ondas, movendo-se para comprimentos mais longos e vermelhos — um fenômeno conhecido como redshift. Essa distorção dificulta a observação de variações rápidas, que teriam ocorrido em escalas de dias na época do quasar, mas que se manifestam em intervalos de meses ou anos quando observadas da Terra.
Leung e sua colega, Anna-Christina Eilers, professora assistente de física no MIT, lideraram uma equipe internacional na análise de 14 anos de dados arquivados da missão NEOWISE da NASA. Esta sonda espacial, o Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer, realizou um mapeamento completo do céu em infravermelho, capturando as ‘oscilações aleatórias’, que Leung comparou ao tremeluzir de uma chama de vela.
O sucesso da empreitada deve-se, em parte, ao trabalho de Kishalay De, ex-pós-doutor no MIT e atualmente professor na Columbia University, que iniciou o projeto de reprocessamento dos dados históricos do NEOWISE. Foi a partir desses arquivos reprocessados que a equipe conseguiu desenterrar o sinal revelador, confirmando o quasar como o mais antigo já observado a apresentar tal variabilidade em sua luz.
A análise minuciosa da variação da luminosidade do quasar em diferentes comprimentos de onda revelou uma ligação direta com a temperatura do gás circundante. Quanto mais próximo do buraco negro, mais quente o gás se torna, permitindo à equipe inferir que o material já havia se estabelecido em um disco de acreção notavelmente plano e compacto, similar a uma panqueca.
Essa característica é particularmente surpreendente para um quasar tão jovem, desafiando modelos que previam discos mais caóticos e volumosos, semelhantes a um toro espesso, para os estágios iniciais de formação. A presença de um disco de acreção maduro e estável no alvorecer do universo sugere que o processo de formação de buracos negros supermassivos pode ser mais eficiente e rápido do que se supunha.
A descoberta reforça a teoria emergente dos “buracos negros de colapso direto” (DCBHs), que propõe a formação acelerada de sementes massivas de buracos negros a partir do colapso direto de vastas nuvens de gás, ignorando a fase de estrelas e supernovas. Essa hipótese ganha força para explicar a existência de buracos negros supermassivos tão desenvolvidos em um período tão precoce do cosmos, um enigma para a ciência há décadas.
Anna-Christina Eilers sugeriu que as fases de crescimento mais desordenadas e frenéticas dos buracos negros provavelmente ocorrem em um estágio ainda anterior, antes mesmo que se tornem visíveis como os quasares luminosos que hoje observamos. Essa perspectiva alinha-se com outras observações recentes, como as do Telescópio Espacial James Webb (JWST), que também têm encontrado indícios de buracos negros massivos formados de maneira precoce, como os enigmáticos “pequenos pontos vermelhos” e a intrigante Galáxia Infinity.
Com essa nova janela para o universo primordial, Leung e Eilers já delineiam os próximos passos. A equipe planeja agora buscar quasares ainda mais antigos, utilizando, quem sabe, a capacidade incomparável do JWST para sondar as condições que precipitaram o amadurecimento tão rápido desses sistemas cósmicos. O objetivo é desvendar completamente os mecanismos subjacentes à formação dos buracos negros supermassivos nos primórdios da existência.
Os resultados pioneiros desta pesquisa foram formalmente publicados em 8 de junho na prestigiosa revista Nature Astronomy, abrindo novas e instigantes perspectivas sobre a complexa teia da formação e evolução dos buracos negros supermassivos no início do cosmos.
Para uma exploração mais aprofundada desta fascinante descoberta, o artigo científico pode ser lido em detalhes no portal Space.com.