Crédito: Raio-X: NASA / CXO / JPL / T. Connor; Ótico: Gemini / NOIRLab / NSF / AURA; Infravermelho: Observatório WM Keck; Ilustração: NASA / CXC / M.Weiss

Astrônomos descobriram evidências de um jato extraordinariamente longo de partículas de um buraco negro supermassivo no início do Universo, usando o Observatório de Raios-X Chandra da NASA.

Se confirmado, seria o buraco negro supermassivo mais distante com um jato detectado em raios-X, vindo de uma galáxia a cerca de 12,7 bilhões de anos-luz da Terra. Pode ajudar a explicar como os maiores buracos negros se formaram bem no início da história do Universo.

A fonte do jato é um quasar, um buraco negro supermassivo de crescimento rápido, denominado PSO J352.4034-15.3373 (PJ352-15 para abreviar), que fica no centro de uma jovem galáxia. É um dos dois quasares mais poderosos detectados em ondas de rádio no primeiro bilhão de anos após o Big Bang, e é cerca de um bilhão de vezes mais massivo que o sol.

Como os buracos negros supermassivos são capazes de crescer tão rapidamente para atingir uma massa tão enorme nesta época inicial do Universo? Esta é uma das principais questões da astronomia hoje.

Apesar de sua poderosa gravidade e reputação assustadora, os buracos negros não atraem inevitavelmente tudo o que se aproxima deles. O material orbitando em torno de um buraco negro em um disco precisa perder velocidade e energia antes que possa cair mais para dentro e cruzar o chamado horizonte de eventos, o ponto sem retorno. Os campos magnéticos podem causar um efeito de frenagem no disco, pois alimentam um jato, que é uma forma importante do material no disco perder energia e, portanto, aumentar a taxa de crescimento dos buracos negros.

"Se um carrossel de playground está se movendo muito rápido, é difícil para uma criança se mover em direção ao centro, então alguém ou algo precisa desacelerar o passeio", disse Thomas Connor do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL) da NASA em Pasadena, Califórnia, que liderou o estudo. "Em torno de buracos negros supermassivos, achamos que os jatos podem levar energia suficiente para que o material possa cair para dentro e o buraco negro crescer."

 Crédito: Chandra X-ray Center

Os astrônomos precisaram observar o PJ352-15 por um total de três dias usando a visão nítida do Chandra para detectar evidências do jato de raios-X. A emissão de raios-X foi detectada a cerca de 160.000 anos-luz de distância do quasar ao longo da mesma direção de jatos muito mais curtos vistos em ondas de rádio. Em comparação, toda a Via Láctea se estende por cerca de 100.000 anos-luz.

O PJ352-15 quebra alguns recordes astronômicos diferentes. Primeiro, o jato mais longo observado anteriormente no primeiro bilhão de anos após o Big Bang tinha apenas cerca de 5.000 anos-luz de comprimento, correspondendo às observações de rádio do PJ352-15. Em segundo lugar, o PJ352-15 está cerca de 300 milhões de anos-luz mais distante do que o jato de raios-X mais distante registrado antes dele.

"O comprimento deste jato é significativo porque significa que o buraco negro supermassivo que o alimenta vem crescendo há um período considerável", disse o coautor Eduardo Bañados, do Instituto Max Planck de Astronomia (MPIA) em Heidelberg, Alemanha. "Este resultado ressalta como os estudos de raios-X de quasares distantes fornecem uma maneira crítica de estudar o crescimento dos buracos negros supermassivos mais distantes."

A luz detectada neste jato foi emitida quando o Universo tinha apenas 0,98 bilhões de anos, menos de um décimo de sua idade atual. Neste ponto, a intensidade da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB) que sobrou do Big Bang era muito maior do que é hoje.

À medida que os elétrons no jato voam para longe do buraco negro próximo à velocidade da luz, eles se movem e colidem com os fótons que compõem a radiação CMB, aumentando a energia dos fótons na faixa de raios-X para serem detectados pelo Chandra. Neste cenário, os raios X são significativamente aumentados em brilho em comparação com as ondas de rádio. Isso concorda com a observação de que o grande jato de raios-X não tem emissão de rádio associada.

"Nosso resultado mostra que as observações de raios-X podem ser uma das melhores maneiras de estudar quasares com jatos no início do Universo", disse o co-autor Daniel Stern, também do JPL. "Ou, dito de outra forma, as observações de raios-X no futuro podem ser a chave para desvendar os segredos de nosso passado cósmico."

Um artigo que descreve esses resultados foi aceito para publicação no The Astrophysical Journal.

Mais informações: Thomas Connor et al, Enhanced X-ray Emission from the Most Radio-Powerful Quasar in the Universe's First Billion Years, arXiv: 2103.03879v1 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2103.03879

Fonte: phys.org