O Telescópio Espacial James Webb fez uma descoberta que bagunça a ordem estabelecida do universo. Um buraco negro com massa 50 milhões de vezes maior que a do Sol foi detectado em uma região que existia apenas 700 milhões de anos após o Big Bang. O detalhe surpreendente é que ele parece ser mais velho do que a própria galáxia que o rodeia.
Os astrônomos estão chamando o achado de “mudança de paradigma”. O objeto faz parte de uma classe misteriosa de corpos celestes batizada de “Pequenos Pontos Vermelhos” (“Little Red Dots”) por aparecerem como manchas compactas e brilhantes nas imagens do Webb. Analisando um deles, chamado de Abell2744-QSO1 (ou apenas QSO1), eles conseguiram provar que esse “monstro” gravitacional nasceu primeiro.
Como os cientistas pesaram o QSO1
Medir a massa de um buraco negro tão distante é um desafio enorme. Até agora, todas as medições desse tipo no universo primitivo eram indiretas. Os pesquisadores usavam suposições baseadas no que conhecemos do universo mais próximo.
Para o QSO1, a equipe liderada por pesquisadores da Universidade de Cambridge fez diferente. Eles usaram o instrumento NIRSpec do James Webb para mapear a velocidade e a composição do gás que gira ao redor do buraco negro.
A análise mostrou que o gás segue um movimento de rotação perfeito chamado de kepleriano. É o mesmo tipo de órbita que os planetas do Sistema Solar fazem ao redor do Sol.
Isso foi a chave para o cálculo. O movimento kepleriano é regido por leis simples da gravidade. Quanto mais rápido o gás se move, maior é a massa do objeto central que o puxa.
“Se a massa estivesse mais distribuída, como aconteceria se houvesse muitas estrelas, o gás não teria essa rotação kepleriana perfeita”, explicou Ignas Juodžbalis, pesquisador de Cambridge e autor principal de um dos estudos.
O resultado foi impressionante. O QSO1 tem cerca de 50 milhões de massas solares. Para efeito de comparação, o buraco negro no centro da nossa Via Láctea, o Sagitário A*, tem cerca de 4 milhões de massas solares.
Quase nu e quimicamente puro
Além de ser extremamente pesado para a sua idade, o QSO1 apresenta outras características estranhas. A nuvem de gás que o envolve é quase invisível em comparação com o buraco negro.
“Isso contrasta fortemente com o que observamos em nosso universo local, onde os buracos negros no centro das galáxias são cerca de mil vezes menos massivos que sua galáxia hospedeira”, disse o professor Roberto Maiolino, da Universidade de Cambridge, coautor das descobertas.
O material ao redor do QSO1 também chamou a atenção. A análise química mostrou que ele é quase que completamente puro. É composto basicamente de hidrogênio e hélio, os dois elementos que sobraram do Big Bang.
“Este buraco negro está quase nu. Isso é realmente desafiador para as teorias. Parece que este buraco negro se formou sem ser precedido por uma galáxia ao seu redor”, afirmou Maiolino.
Para completar o cenário inusitado, o QSO1 é relativamente pequeno. Ele tem apenas 1.300 anos-luz de diâmetro. A Via Láctea, por exemplo, tem cerca de 100 mil anos-luz.
O fim do dilema do ovo e da galinha
A descoberta do QSO1 ajuda a responder a um dos maiores dilemas da cosmologia moderna. O que surgiu primeiro: a galáxia ou o buraco negro em seu centro?
A sequência clássica era clara. Grandes estrelas dentro de uma galáxia explodem e entram em colapso, formando um buraco negro. Depois, esse buraco negro cresce ao devorar o gás e a poeira ao redor. Ou seja, a galáxia viria primeiro.
O problema é que essa receita exige muito tempo. Buracos negros supermassivos, com milhões de vezes a massa do Sol, levariam mais de 1 bilhão de anos para se formar. No entanto, o James Webb tem encontrado esses gigantes quando o universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos. Não havia tempo suficiente para o plano clássico funcionar.
A descoberta do QSO1 mostra que os buracos negros podem ter nascido enormes. Eles não precisaram de uma galáxia hospedeira para se formar ou para crescer. O QSO1 parece ter vindo primeiro. A galáxia, na verdade, se formou ao redor dele depois.
“Isso é uma descoberta notável. É uma mudança de paradigma, uma revisão completa dos cenários clássicos de como os buracos negros se formam e crescem”, concluiu Maiolino.
Como um buraco negro pode nascer tão grande?
Se não foi a partir do colapso de uma estrela gigante, qual foi o processo de formação do QSO1? Ainda não há uma resposta definitiva, mas os cientistas têm algumas hipóteses.
Uma delas sugere que o QSO1 pode ser um buraco negro primordial. Essa classe teórica de objeto, prevista décadas atrás pelo físico Stephen Hawking, teria se formado nos primeiros instantes do universo, possivelmente nos primeiros segundos após o Big Bang. Isso explicaria por que ele já era tão grande em uma época tão remota.
Outra hipótese mais aceita no momento é a do “colapso direto”. Nesse cenário, imensas nuvens de gás hidrogênio e hélio, em vez de formar estrelas, entrariam em colapso sob sua própria gravidade para formar diretamente um buraco negro de massa intermediária. A composição química “pura” da nuvem ao redor do QSO1 se encaixa perfeitamente nesse modelo.
Ambas as ideias desafiam o entendimento atual e abrem novas frentes de pesquisa para entender os primórdios do cosmos.
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