É um fato bem conhecido entre os astrônomos e cosmólogos que quanto mais você olha para o Universo, mais para trás no tempo você está vendo. E quanto mais os astrônomos puderem ver o Big Bang, que ocorreu 13,8 bilhões de anos atrás, mais interessantes as descobertas tendem a se tornar. São essas descobertas que nos ensinam mais sobre os primeiros períodos do Universo e sua subsequente evolução.
Por exemplo, cientistas que usaram o Wide Field Infrared Survey Explorer (WISE) e o Magellan Telescopes recentemente observaram o primeiro Buraco Negro Supermassivo (SMBH) até hoje. De acordo com o estudo da equipe de descoberta, este buraco negro tem aproximadamente 800 milhões de vezes a massa do nosso Sol e está localizado a mais de 13 bilhões de anos-luz da Terra. Isso o torna o SMBH mais distante e mais jovem observado até o momento.
O estudo, intitulado "Um buraco negro de 800 milhões de massa solar em um universo significativamente neutro com um desvio para o vermelho de 7,5", apareceu recentemente na revista Natureza. Liderada por Eduardo Bañados, pesquisador da Carnegie Institution for Science, a equipe incluiu membros do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, Instituto Max Planck de Astronomia, Instituto Kavli de Astronomia e Astrofísica, Observatório Las Cumbres e várias universidades.
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Como em outras SMBHs, essa descoberta específica (designada J1342 + 0928) é um quasar, uma classe de objetos super brilhantes que consistem em um buraco negro que acumula matéria no centro de uma galáxia massiva. O objeto foi descoberto durante o curso de uma pesquisa de objetos distantes, que combinou dados infravermelhos da missão WISE com pesquisas terrestres. A equipe então acompanhou os dados dos telescópios Magellan do Observatório Carnegie no Chile.
Como em todos os objetos cosmológicos distantes, a distância de J1342 + 0928 foi determinada medindo seu desvio para o vermelho. Ao medir o quanto o comprimento de onda da luz de um objeto é esticado pela expansão do Universo antes que ele atinja a Terra, os astrônomos são capazes de determinar até que ponto ele precisou viajar para chegar até aqui. Nesse caso, o quasar teve um desvio para o vermelho de 7,54, o que significa que levou mais de 13 bilhões de anos para que sua luz chegasse até nós.
Como Xiaohui Fan, do Steward Observatory da Universidade do Arizona (e co-autor do estudo), explicou em um comunicado de imprensa da Carnegie:
“Essa grande distância torna esses objetos extremamente fracos quando vistos da Terra. Quasares iniciais também são muito raros no céu. Sabia-se que apenas um quasar existia em um desvio para o vermelho maior que sete antes de agora, apesar da extensa pesquisa. ”
Dada sua idade e massa, a descoberta deste quasar foi uma grande surpresa para a equipe de estudo. Como Daniel Stern, astrofísico do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA e co-autor do estudo, indicou em um comunicado de imprensa da NASA: “Esse buraco negro cresceu muito maior do que o esperado em apenas 690 milhões de anos após o Big Bang, o que desafia nossa teorias sobre como os buracos negros se formam ".
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Essencialmente, esse quasar existia em uma época em que o Universo estava apenas começando a emergir do que os cosmólogos chamam de "Idade das Trevas". Durante esse período, que começou aproximadamente de 380.000 a 150 milhões de anos após o Big Bang, a maioria dos fótons do Universo estava interagindo com elétrons e prótons. Como resultado, a radiação desse período é indetectável por nossos instrumentos atuais - daí o nome.
O Universo permaneceu nesse estado, sem fontes luminosas, até que a gravidade condensou a matéria nas primeiras estrelas e galáxias. Esse período é conhecido como "Epoca do Reino", que durou de 150 milhões a 1 bilhão de anos após o Big Bang e foi caracterizado pelas primeiras estrelas, formação de galáxias e quasares. É assim chamada porque a energia liberada por essas galáxias antigas fez com que o hidrogênio neutro do Universo se excitasse e se ionizasse.
Uma vez que o Universo fosse reionizado, os fótons poderiam viajar livremente pelo espaço e o Universo oficialmente se tornaria transparente à luz. É isso que torna a descoberta deste quasar tão interessante. Como a equipe observou, grande parte do hidrogênio que o cerca é neutro, o que significa que não é apenas o quasar mais distante já observado, mas também o único exemplo de um quasar que existia antes da reionização do Universo.
Em outras palavras, o J1342 + 0928 existiu durante um grande período de transição para o Universo, que por acaso é uma das fronteiras atuais da astrofísica. Como se isso não bastasse, a equipe também ficou confusa com a massa do objeto. Para que um buraco negro se tornasse tão maciço durante esse período inicial do Universo, teria que haver condições especiais para permitir um crescimento tão rápido.
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Quais são essas condições, no entanto, permanece um mistério. Seja qual for o caso, este recém-encontrado SMBH parece estar consumindo matéria no centro de uma galáxia a uma velocidade espantosa. E embora sua descoberta tenha levantado muitas questões, prevê-se que a implantação de futuros telescópios revele mais sobre esse quasar e seu período cosmológico. Como disse Stern:
"Com várias instalações de última geração e ainda mais sensíveis atualmente sendo construídas, podemos esperar muitas descobertas emocionantes no universo muito inicial nos próximos anos."
Essas missões de próxima geração incluem a missão Euclid da Agência Espacial Européia e o Telescópio de Pesquisa por Infravermelho de Campo Largo da NASA (WFIRST). Enquanto Euclid estudará objetos localizados 10 bilhões de anos no passado para medir como a energia escura influenciou a evolução cósmica, o WFIRST realizará pesquisas de campo largo no infravermelho próximo para medir a luz proveniente de um bilhão de galáxias.
Espera-se que ambas as missões revelem mais objetos como J1342 + 0928. Atualmente, os cientistas prevêem que existem apenas 20 a 100 quasares tão brilhantes e tão distantes quanto o céu J1342 + 0928. Como tal, eles ficaram mais satisfeitos com essa descoberta, que deve nos fornecer informações fundamentais sobre o Universo quando ele tinha apenas 5% de sua idade atual.