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Quem nasceu primeiro, buracos negros ou galáxias? James Webb pode responder

Será que as galáxias vieram antes dos buracos negros, ou o contrário? Com dados do telescópio James Webb, um novo estudo propõe uma resposta definitiva

21 fev 2024 - 12h25
(atualizado às 17h33)
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Ao contrário da ideia convencional de que os buracos negros supermassivos nasceram depois das galáxias, um estudo aponta que eles já existiam nos primeiros 50 milhões de anos do universo, exercendo um papel fundamental na formação das primeiras estrelas.

Buracos negros supermassivos estão no núcleo de quase todas as galáxias do universo. Por isso, é impossível compreender um desses dois tipos de objetos sem estudar o outro.

Mas os astrônomos ainda não sabem com certeza se os buracos negros vieram antes das galáxias ou vice-versa. Responder essa pergunta é importante para compreender como as grandes populações estelares foram geradas.

Agora, um novo estudo usou dados do telescópio James Webb para mostrar que alguns buracos negros supermassivos podem ter existido nos primeiros 50 milhões de anos do universo. A idade atual do cosmos é 13,8 bilhões de anos.

Se esse resultado estiver correto, os buracos negros supermassivos teriam influenciando a formação estelar em uma época muito precoce. Outra consequência desse cenário seria a eliminação de algumas hipóteses de como os próprios buracos negros supermassivos se formaram.

A ZF-UDS-7329 é uma das galáxias que evoluíram muito mais rapidamente do que os modelos prevêem (Imagem: Reprodução/NASA/ESA/CSA/STScI)
A ZF-UDS-7329 é uma das galáxias que evoluíram muito mais rapidamente do que os modelos prevêem (Imagem: Reprodução/NASA/ESA/CSA/STScI)
Foto: Canaltech

Muitas das galáxias mais distantes observadas pelo Webb são mais brilhantes do que o esperado, sugerindo um número muito alto de estrelas e buracos negros supermassivos em um universo muito jovem. Isso colocou em xeque o que se pensava sobre a evolução galáctica.

Buracos negros e estrelas

Liderada por Joseph Silk, professor da Universidade Johns Hopkins, a equipe do novo estudo argumenta que buracos negros supermassivos foram os principais responsáveis pela formação precoce dessas estrelas. 

Sem esse cenário, segundo Silk, "é muito difícil compreender de onde vieram estas galáxias brilhantes, pois são tipicamente menores no universo primitivo. Por que diabos estariam formando estrelas tão rapidamente?", questiona o professor.

Nos modelos atualmente aceitos, os buracos negros mais antigos nasceram quando estrelas altamente massivas ficaram sem o combustível necessário para a fusão nuclear, entrando assim em colapso. Esse é o processo que forma buracos negros hoje, mas com estrelas de massa muito inferior.

Essa explicação implica que buracos negros supermassivas surgiram depois da formação das estrelas primitivas, e antes dos primeiros agrupamentos de galáxias. Contudo, esse modelo está longe de ser um consenso entre os cientistas, e o novo estudo fornece novas pistas rumo a outras alternativas.

O processo pelo qual buracos negros supermassivos teriam fomentado explosões de formação estelar ocorre, segundo os autores, devido aos ventos de partículas. Esses ventos são formados durante as refeições dos buracos negros.

Foto: Universidade de Sydney / Canaltech

Quando buracos negros se alimentam de muita matéria, sejam nuvens de gás ou estrelas, boa parte do material é expelido antes de cair no horizonte de eventos. Esta é a região ao redor do buraco negro de onde nada, nem a luz, pode escapar.

Essa matéria expelida em velocidades assombrosas forma uma frente de choque, que por sua vez empurra as nuvens de gás e poeira nos arredores. Assim, essas nuvens são compactadas, tornando-se densas o suficiente para gerar grandes populações de estrelas.

Formação de estrelas

O estudo ainda propõe uma segunda fase após esse processo de formação estelar. Nela, algumas centenas de milhões de anos depois o Big Bang, buracos negros supermassivos causaram intensas tempestades magnéticas que forçaram outras nuvens de gás a colapsar.

Isso teria iniciando um novo e breve período de formação estelar, ultrapassando em muito as taxas de nascimento de estrelas observadas em galáxias mais modernas, como nossa própria Via Láctea.

Essa fase seria breve porque porque os ventos dos buracos negros supermassivos teriam transitado para um estado que conservaria energia. Com isso, o suprimento de formação estelar teria sido interrompido.

A pesquisa foi publicada no Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Astrophysical Journal Letters, Space.com

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