Buraco negro supermassivo consome 40 vezes mais que o limite teórico

Um buraco negro supermassivo localizado na galáxia LID-568, observado apenas 1,5 mil milhões de anos após o Big Bang, está a devorar matéria a uma velocidade impressionante, mais de 40 vezes superior ao limite teórico conhecido como limite de Eddington.

Esta descoberta marca o primeiro registo de um buraco negro tão voraz e levanta novas questões sobre a formação e evolução destes fenómenos no Universo primitivo. A pesquisa foi publicada na revista Astronomia da Naturezae promete abrir novas perspectivas sobre a evolução dos buracos negros no universo primitivo.

Este buraco negro está em festa. Este caso extremo mostra que um mecanismo de alimentação rápida acima do limite de Eddington é uma das possíveis explicações para a existência destes buracos negros massivos tão cedo no Universo.

Julia Scharwächter, astrônoma do Observatório Gemini e NOIRLab da NSF

Qual é o limite de Eddington?

O limite de Eddington é uma consequência natural do processo de alimentação de um buraco negro. Quando desencadeia a acumulação de grandes quantidades de material, não cai diretamente sob a sua gravidade, mas gira como água em torno de um ralo.

O atrito e a gravidade elevam a temperatura do disco de material a níveis extremos, causando um brilho intenso. No entanto, a luz também exerce uma forma de pressão que, num determinado ponto, iguala a atração gravitacional do buraco negro, impedindo a aproximação de mais material. Este ponto é o limite de Eddington.

O “super-Eddington” tem comportamento inédito

No caso do LID-568, os pesquisadores observaram um fenômeno conhecido como acréscimo super-Eddington. Durante este processo, o buraco negro consome uma enorme quantidade de matéria antes que a pressão da radiação o interrompa. Esta descoberta levanta questões sobre como os buracos negros supermassivos podem atingir tamanhos tão grandes em períodos tão curtos após o Big Bang.

A equipe liderada pelo astrônomo Hyewon Suh do Observatório Gemini da NSF e NOIRLab usou o Telescópio Espacial James Webb (JWST) para realizar observações de acompanhamento de várias galáxias identificadas pelo Observatório de Raios-X Chandra.

A equipa teve dificuldades em determinar a distância do LID-568 porque a galáxia era muito ténue. No entanto, usando o espectrógrafo de campo total NIRSpec do JWST, eles conseguiram identificar sua posição exata.

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Características do buraco negro

• O LID-568, embora muito distante e fraco, revelou-se surpreendentemente brilhante na sua análise.
• Observações detalhadas mostraram fortes fluxos de material, indicando acreção, com parte do material sendo desviado e expelido para o espaço.
• Os dados também revelaram que tem uma massa relativamente pequena para os padrões supermassivos, com 7,2 milhões de vezes a massa do Sol.
• No entanto, a quantidade de luz gerada pela matéria no seu disco era muito maior do que a que um buraco negro desta massa deveria ser capaz de produzir.
• Isto sugere uma taxa de acréscimo mais de 40 vezes maior que o limite de Eddington.

Implicações para a compreensão do Universo

Suh e a sua equipa destacam que se espera que a acreção de super-Eddington seja um fenómeno breve, e capturar este momento único representa uma rara oportunidade para os cientistas estudarem os processos de acreção.

As evidências sugerem que os primeiros buracos negros supermassivos não se formaram a partir do colapso de estrelas, mas sim a partir de grandes estrelas e aglomerados de gás, que colapsaram diretamente sob a ação da gravidade. Isto lhes daria uma vantagem inicial no seu caminho para se tornarem os enormes fenómenos que observamos hoje.

“A descoberta de um buraco negro de acreção super-Eddington sugere que uma porção significativa do crescimento de massa pode ocorrer durante um único episódio de alimentação rápida”, disse Suh.