O Telescópio James Webb Acabou de Encontrar a Primeira 'Estrela Buraco Negro'

Crucialmente, a energia do objeto não vem da fusão nuclear, o processo que alimenta as estrelas comuns. Em vez disso, o buraco negro central está ativamente acrecionando, ou consumindo, matéria. À medida que o gás cai no buraco negro, ele se aquece, e esse calor imenso irradia para fora através do casulo de hidrogênio, fazendo com que toda a estrutura brilhe . O resultado é um objeto que produz cerca de 100 bilhões de vezes mais energia do que uma estrela típica — muito além dos limites da fusão .

Características principais do MoM-BH*-1

Os astrônomos mediram com precisão várias características definidoras deste novo objeto:

• Tamanho: Seu envelope de gás hidrogênio abrange aproximadamente o diâmetro do nosso Sistema Solar .
• Massa: O buraco negro central pesa cerca de 100 mil massas solares, e o objeto total carrega uma massa de aproximadamente 10⁶·³ massas solares .
• Brilho: Ele libera cerca de 100 bilhões de vezes mais energia do que uma estrela normal .
• Composição: O gás ao redor é quase que completamente de hidrogênio e hélio, com virtualmente nenhum "metal" detectável (elementos mais pesados que hidrogênio e hélio) . Seu espectro mostra uma quebra de Balmer extremamente profunda, uma assinatura inconsistente com atmosferas estelares comuns .
• Fonte de energia: Sua luminosidade imensa é alimentada pelo buraco negro central em acreção ativa, e não pela fusão nuclear .
• Distância e idade: O MoM-BH*-1 é visto como existia apenas 660 milhões de anos após o Big Bang, a um redshift de cerca de 7,76. Isso o coloca a aproximadamente 13,1 bilhões de anos-luz de distância .

O objeto foi descoberto como parte do levantamento "Mirage or Miracle" (MoM) do JWST, que foi originalmente projetado para caçar algumas das galáxias mais antigas do universo . A equipe, liderada pelo astrônomo do MIT Rohan Naidu, tropeçou no objeto enquanto examinava as imagens de campo profundo do JWST .

Resolvendo o mistério dos 'Pontinhos Vermelhos'

Desde que o JWST começou suas operações científicas, ele repetidamente encontrou objetos peculiares, tênues, compactos e muito vermelhos espalhados por imagens do Universo primitivo. Os astrônomos os chamam de "pontinhos vermelhos", e sua verdadeira natureza tem sido objeto de intenso debate .

A descoberta do MoM-BH*-1 fornece uma pista poderosa. O objeto é o que os pesquisadores chamam de estrela buraco negro "nua". Sua luz vem quase que inteiramente do envelope de gás alimentado pelo buraco negro, com contaminação insignificante de uma galáxia hospedeira subjacente .

Crucialmente, o MoM-BH*-1 está próximo a uma galáxia companheira. Simulações de computador mostram que, após a estrela buraco negro se fundir com essa galáxia — um evento projetado para ocorrer cerca de 100 milhões de anos após a época observada — seu espectro corresponderá de perto aos espectros dos pontinhos vermelhos que são vistos embutidos dentro de outras galáxias .

Isso sugere fortemente que muitos dos pontinhos vermelhos são estrelas buraco negro em processo de fusão com suas galáxias hospedeiras . Eles são essencialmente os motores centrais de quasares bebês, escondidos nas entranhas de suas galáxias hospedeiras enquanto passam por fusões cósmicas.

Este modelo também explica claramente por que os pontinhos vermelhos parecem tão compactos e tão vermelhos. O denso casulo de hidrogênio ao redor do buraco negro bloqueia efetivamente a luz de comprimento de onda curto (azul) enquanto permite a passagem da luz de comprimento de onda mais longo (vermelha), produzindo a cor vermelha característica sem exigir grandes quantidades de poeira interestelar, que era outra hipótese principal .

O que isso significa para a compreensão do Universo primitivo

A descoberta do MoM-BH*-1 faz mais do que resolver um único mistério. Ela fornece um mecanismo plausível para como buracos negros supermassivos poderiam crescer a tamanhos enormes no tempo relativamente curto disponível no Universo primitivo . Ao acrecionar matéria a uma taxa furiosa dentro de seu denso casulo de gás, uma estrela buraco negro representa uma fase de crescimento rápido para buracos negros, um passo no caminho para os gigantes de bilhões de massas solares vistos em épocas cósmicas ainda mais antigas.

O objeto, descrito em um estudo coautorado por pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria (ISTA) e outros colaboradores internacionais, é agora o assunto de um intenso estudo de acompanhamento . Por enquanto, o MoM-BH*-1 se destaca como uma descoberta "um em um bilhão" — um vislumbre raro de um estágio anteriormente invisível da evolução cósmica e um elo direto entre um híbrido teórico de estrela e buraco negro e os persistentes pontinhos vermelhos que pontilham as imagens mais famosas do JWST.