Um buraco negro supermassivo nas regiões mais distantes do Universo foi identificado a engolir matéria a um dos ritmos mais elevados já observados.
No centro de uma galáxia quasar chamada RACS J0320-35, apenas 920 milhões de anos após o Big Bang, o buraco negro parece estar a consumir material a 2,4 vezes o limite de Eddington - a taxa máxima teórica - de acordo com uma equipa liderada pelo astrofísico Luca Ighina, do Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian.
Este fenómeno, conhecido como acrecção super-Eddington, pode ajudar a perceber como os buracos negros supermassivos atingiram massas de milhares de milhões de vezes a do Sol antes de o Universo ter sequer mil milhões de anos.
"Como criou o Universo a primeira geração de buracos negros?", pergunta o astrofísico Thomas Connor, do Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian. "Esta continua a ser uma das maiores questões da astrofísica e este único objecto está a ajudar-nos a perseguir a resposta."
Porque é que os buracos negros supermassivos são tão importantes - e tão enigmáticos
Os buracos negros supermassivos desempenham um papel central no Universo. A matéria organiza-se em galáxias que giram em torno do pólo gravitacional que estes buracos negros fornecem - uma espécie de “cola” que mantém a galáxia em órbita.
Ainda assim, continuam a ser um enigma. Existem buracos negros supermassivos, com massas de milhões a milhares de milhões de vezes a do Sol, já no primeiro milhar de milhões de anos da história cósmica - demasiado cedo para que se tenham formado apenas ao longo do tempo, devorando matéria de forma gradual.
A razão é simples: há um limite para a quantidade de matéria que um buraco negro consegue engolir de uma só vez. A taxa máxima sustentada a que um buraco negro se pode alimentar chama-se limite de Eddington.
Como funciona o limite de Eddington
Quando um buraco negro está a acretar grandes quantidades de material, esse material não cai em linha recta. Em vez disso, roda como água a descer por um ralo: forma-se um disco, e só a matéria na margem interior desse disco cruza o horizonte e entra no buraco negro. Ao mesmo tempo, a fricção extrema e a gravidade no disco aquecem o material a temperaturas muito elevadas, fazendo-o brilhar intensamente.
A luz, porém, exerce pressão. Um único fotão pouco fará, mas o clarão produzido por um disco de acrecção activo em torno de um buraco negro supermassivo é outra história. A partir de determinado ponto, a pressão da radiação para fora iguala a atracção gravitacional para dentro, impedindo que mais material se aproxime. É isso que define o limite de Eddington.
RACS J0320-35 e a acrecção super-Eddington
Apesar desse tecto teórico, por curtos períodos a taxa de acrecção pode ultrapassar o limite de Eddington, com o buraco negro a engolir matéria de forma extremamente rápida antes de a pressão da radiação a conseguir afastar. Esta acrecção super-Eddington é uma das vias que os cientistas consideram para explicar como é que os buracos negros conseguem crescer tanto num intervalo tão curto após o Big Bang.
Para que a ideia ganhe robustez, é crucial obter evidência observacional. Isso é difícil, porque estamos a olhar para um Universo primordial a distâncias enormes no espaço-tempo.
A RACS J0320-35 pode ser uma peça dessa evidência. Em 2023, este objecto extraordinariamente brilhante foi detectado em dados de raios X recolhidos com o Observatório de Raios X Chandra da NASA, destacando-se por ser mais brilhante em raios X do que qualquer outro objecto existente no primeiro milhar de milhões de anos do Universo.
De seguida, foram obtidas observações de rádio com o Giant Metrewave Radio Telescope, o Australia Telescope Compact Array e o Australian Large Baseline Array. A análise desse conjunto de dados mostrou como a luz da galáxia se distribui ao longo do espectro electromagnético.
Os investigadores compararam então esse perfil com modelos de distribuição electromagnética associados à acrecção super-Eddington. Concluíram que a emissão da RACS J0320-35 corresponde de perto ao esperado, o que sugere que o buraco negro supermassivo no centro da galáxia está, de facto, a alimentar-se acima do limite de Eddington.
Esta interpretação ainda precisa de validação, mas os autores apresentam um argumento convincente - o que significa que a RACS J0320-35 poderá tornar-se uma ferramenta útil para modelar como os buracos negros supermassivos se formaram e cresceram no início de tudo.
"Ao conhecermos a massa do buraco negro e ao determinarmos a rapidez com que está a crescer, conseguimos recuar no tempo para estimar quão massivo poderá ter sido ao nascer", afirma o co-autor Alberto Moretti, do INAF–Osservatorio Astronomico di Brera, em Itália. "Com este cálculo, podemos agora testar diferentes ideias sobre como nascem os buracos negros."
A investigação foi publicada em The Astrophysical Journal Letters.
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