Uma equipe de astrônomos liderados pela Universidade do Arizona observou um quasar luminoso a 13,03 bilhaµes de anos-luz da Terra - o quasar mais distante descoberto atéhoje. Datado de 670 milhões de anos após o Big Bang, quando o universo tinha apenas 5% de sua idade atual, o quasar hospeda um buraco negro supermassivo equivalente a  massa combinada de 1,6 bilha£o de sãois.

Além de ser o mais distante - e, por extensão, o mais antigo - quasar conhecido, o objeto éo primeiro de seu tipo a mostrar evidaªncias de um vento de saa­da de gás superaquecido escapando dos arredores do buraco negro a um quinto do velocidade da luz. Além de revelar um forte vento impulsionado por quasar, as novas observações também mostram intensa atividade de formação de estrelas na gala¡xia hospedeira onde o quasar, formalmente designado J0313-1806, estãolocalizado.

Os pesquisadores apresentara£o suas descobertas, que foram aceitas para publicação no Astrophysical Journal Letters , durante uma coletiva de imprensa e uma palestra cienta­fica no 237º Encontro da Sociedade Astrona´mica Americana, que acontecera¡ virtualmente de 11 a 15 de janeiro.

O detentor do recorde anterior entre os quasares no universo infantil foi descoberto hátrês anos. A equipe do UArizona também contribuiu para essa descoberta. Pensa-se que os quasares resultam de buracos negros supermassivos devorando matéria circundante, como gás ou mesmo estrelas inteiras, resultando em um turbilha£o de matéria superaquecida conhecido como um disco de acreção que gira em torno do buraco negro. Por causa das enormes energias envolvidas, os quasares estãoentre as fontes mais brilhantes do cosmos, muitas vezes ofuscando suas gala¡xias hospedeiras.

Embora J0313-1806 esteja apenas 20 milhões de anos-luz mais distante do que o detentor do recorde anterior, o novo quasar contanãm um buraco negro supermassivo duas vezes mais pesado. Isso marca um avanço significativo para a cosmologia, pois fornece a restrição mais forte para a formação de buracos negros no ini­cio do universo.

"Esta éa primeira evidência de como um buraco negro supermassivo estãoafetando sua gala¡xia hospedeira ao seu redor", disse o principal autor do artigo Feige Wang, um membro do Hubble do Observatório Steward do UArizona. "Por observações de gala¡xias menos distantes, sabemos que isso tem que acontecer, mas nunca vimos acontecer tão cedo no universo."

Os quasares que já acumulavam milhões, senão bilhaµes, de massas solares em seus buracos negros em uma anãpoca em que o universo era muito jovem representam um desafio para os cientistas que tentam explicar como eles surgiram quando mal tinham tempo para fazaª-lo. Uma explicação comumente aceita sobre a formação de buracos negros envolve uma estrela explodindo como uma supernova no final de sua vida e colapsando em um buraco negro. Quando esses buracos negros se fundem com o tempo, eles podem - teoricamente - se transformar em buracos negros supermassivos. No entanto, da mesma forma que seriam necessa¡rias muitas vidas para construir um fundo de aposentadoria com um da³lar cada ano, os quasares no ini­cio do universo são um pouco como pequenos miliona¡rios; eles devem ter adquirido sua massa por outros meios.

 

O quasar recanãm-descoberto fornece uma nova referaªncia ao descartar dois modelos atuais de como buracos negros supermassivos se formam em escalas de tempo tão curtas. No primeiro modelo, estrelas massivas que consistem em grande parte de hidrogaªnio e carecem da maioria dos outros elementos que compõem estrelas posteriores, incluindo metais, formam a primeira geração de estrelas em uma gala¡xia jovem e fornecem o alimento para o buraco negro nascente. O segundo modelo envolve densos aglomerados de estrelas, que colapsam em um enorme buraco negro desde o ina­cio.

O Quasar J0313-1806, no entanto, possui um buraco negro muito grande para ser explicado pelos cenários mencionados, de acordo com a equipe que o descobriu. A equipe calculou que, se o buraco negro em seu centro se formou 100 milhões de anos após o Big Bang e cresceu o mais rápido possí­vel, ele ainda teria que ter pelo menos 10.000 massas solares para comea§ar.

"Isso diz a vocêque não importa o que vocêfaz, a semente deste buraco negro deve ter se formado por um mecanismo diferente", disse o co-autor Xiaohui Fan, Professor Regentes e chefe associado do Departamento de Astronomia do UArizona. "Neste caso, um que envolve grandes quantidades de gás hidrogaªnio frio primordial colapsando diretamente em um buraco negro de semente."

Como esse mecanismo não requer estrelas de pleno direito como matéria-prima, éo aºnico que permitiria que o buraco negro supermassivo do quasar J0313-1806 crescesse até1,6 bilha£o de massas solares em um período tão inicial no universo. Isso éo que torna o novo quasar recorde tão valioso, explicou Fan.

"Uma vez que vocêva¡ para redshifts mais baixos, todos os modelos podem explicar a existaªncia desses quasares menos distantes e menos massivos", disse ele. "Para que o buraco negro tivesse crescido atéo tamanho que vemos com J0313-1806, ele teria que ter comea§ado com um buraco negro semente de pelo menos 10.000 massas solares, e isso são seria possí­vel no cena¡rio de colapso direto . "

O quasar recanãm-descoberto parece oferecer um raro vislumbre da vida de uma gala¡xia no ini­cio do universo, quando muitos dos processos de formação de gala¡xias que desde então diminua­ram ou cessaram em gala¡xias que existem hámuito mais tempo ainda estavam em pleno andamento .

De acordo com os modelos atuais de evolução de gala¡xias, buracos negros supermassivos crescendo em seus centros podem ser a principal razãopela qual as gala¡xias param de fazer novas estrelas. Agindo como um maa§arico de proporções ca³smicas, os quasares explodem em seus arredores ferozmente, efetivamente limpando sua gala¡xia hospedeira de grande parte do gás frio que serve como matéria-prima a partir da qual as estrelas se formam.

"Achamos que esses buracos negros supermassivos foram a razãopela qual muitas das grandes gala¡xias pararam de formar estrelas em algum ponto", disse Fan. "Observamos este 'apagamento' em redshifts mais baixos, mas atéagora, não saba­amos quanto cedo este processo começou na história do universo. Este quasar éa evidência mais antiga de que o apagamento pode ter acontecido em tempos muito antigos."

Ao medir a luminosidade do quasar, a equipe de Wang calculou que o buraco negro supermassivo em seu centro estãoingerindo a massa equivalente a 25 sãois a cada ano, em média, o que se acredita ser a principal razãopara o vento de plasma quente de alta velocidade soprando no gala¡xia ao seu redor em velocidade relativa­stica. Para efeito de comparação, o buraco negro no centro da Via La¡ctea estãoquase todo adormecido.

E enquanto a Via La¡ctea forma estrelas no ritmo vagaroso de cerca de uma massa solar a cada ano, J0313-1806 produz 200 massas solares no mesmo período.

"Esta éuma taxa de formação de estrelas relativamente alta, semelhante a  observada em outros quasares de idade semelhante, e nos diz que a gala¡xia hospedeira estãocrescendo muito rápido", disse Wang.

"Esses quasares provavelmente ainda estãoem processo de construção de seus buracos negros supermassivos", acrescentou Fan. "Com o tempo, o fluxo de saa­da do quasar aquece e empurra todo o gás para fora da gala¡xia, e então o buraco negro não tem mais nada para comer e vai parar de crescer. Esta éuma evidência de como essas primeiras gala¡xias massivas e seus quasares crescem."

Os pesquisadores esperam encontrar mais alguns quasares do mesmo período, incluindo possa­veis novos recordes, disse Jinyi Yang, a segunda autora do relatório, que éPeter A. Strittmatter Fellow do Observatório Steward. Yang e Fan estavam observando no telesca³pio Magellan Baade de 6,5 metros no Observatório Las Campanas, no Chile, na noite em que J0313-1806 foi descoberto.

"Nosso levantamento de quasares cobre um campo muito amplo, permitindo-nos escanear quase metade do canãu", disse Yang. "Selecionamos mais candidatos sobre os quais acompanharemos com observações mais detalhadas."

Os pesquisadores esperam descobrir mais sobre os segredos do quasar com observações futuras, especialmente com o telesca³pio espacial James Webb da NASA, com lana§amento previsto para 2021.

"Com telesca³pios terrestres, são podemos ver uma fonte pontual", disse Wang. "Observações futuras poderiam tornar possí­vel resolver o quasar com mais detalhes, mostrar a estrutura de seu fluxo de saa­da e atéonde o vento se estende em sua gala¡xia, e isso nos daria uma ideia muito melhor de seu esta¡gio evolutivo."