Uma astrônoma brasileira que observou os confins do cosmo usando o Telescópio Espacial James Webb, da Nasa, revela nesta semana como surgiu um estranho conjunto de objetos descobertos ali. Catarina Aydar e sua equipe analisaram buracos negros maciços em galáxias de uma época em que o Universo ainda estava na sua infância, e mostram que eles parecem ser evoluídos demais para a época.
A cientista, que trabalha no Instituto Max Planck para Física Extraterrestre, na Alemanha, descreveu a descoberta em um estudo publicado no periódico Open Journal for Astronomy. No trabalho em coautoria com outros colegas, ela desvenda o processo que fez essas estruturas surgirem precocemente, cerca de apenas 1,5 bilhão de anos depois do Big Bang, a explosão primordial.
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Hoje, o Universo tem 13,8 bilhões de anos, mas o James Webb é capaz de observar o que estava acontecendo naquele passado remoto porque consegue capturar e decompor com precisão luz que chega até nós depois de um longo e demorado caminho desde quase os limites do espaço observável.
A descoberta é intrigante porque cientistas acreditavam que, na infância do cosmo, estruturas como buracos negros maciços (do tipo daquele que temos no centro da nossa galáxia, a Via Láctea) não teriam se formado ainda.
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Simulações de computador feitas por outros grupos de pesquisa indicam que a força da gravidade inerente à matéria espalhada pelo Big Bang ainda não teria tido tempo suficiente de agregar a massa necessária para dar origem a objetos cósmicos tão grandes e tão estruturados.
Mas não foi isso o que apareceu quando o James Webb capturou as imagens que a dupla de cientistas se inscreveu para fazer antes mesmo de o telescópio chegar no espaço, no início da década.
— A gente achava que as coisas se formavam um pouco mais tardiamente no Universo, mas agora estamos vendo que, mesmo olhando a grandes distâncias, elas já estão relativamente desenvolvidas — diz Aydar. — Agora, com o James Webb, a gente está tendo que atualizar, de certa forma, os modelos de cosmologia, porque esses objetos são mais massivos do que a gente esperava observar inicialmente.
O projeto de pesquisa que levou ao anúncio feito agora começou há mais de seis anos, antes de a pandemia de Covid-19 eclodir. Junto com seu colega Roderik Overzier, do Observatório de Leiden, na Holanda, a pesquisadora já identificou áreas que gostaria de observar quando ambos ainda estavam trabalhando na Universidade de São Paulo (USP).
A dupla é herdeira do legado científico de João Steiner, professor da universidade que participou da concepção do trabalho, mas morreu subitamente em 2020, vítima de infarto.
O que estava intrigando o grupo eram alguns objetos muito distantes descobertos por radiotelescópios na Terra, e a dupla de cientistas acreditava que seria interessante ver o que o James Webb enxergaria lá.
Os dois alvos escolhidos pelos cientistas eram “radiogaláxias”, ou seja, galáxias que podiam ser observadas não só por meio de ondas de luz de comprimento comum, mas também por emitirem ondas de rádio.
— Isso é geralmente associado com atividade de um buraco negro, porque essa emissão de rádio é feita por partículas ‘relativísticas’, aceleradas quase à velocidade da luz — diz Aydar — Só os buracos negros supermassivos, com centenas de milhões de vezes a massa do Sol, são capazes de fazer isso com energia tão intensa, na escala de galáxias.
Buracos negros são essencialmente aglomerados de massa ultraconcentrados, nos quais a gravidade os faz colapsar a matéria em um único ponto, chamado singularidade. O “buraco” em si é o espaço em volta, onde a atração gravitacional é tão grande que nem mesmo a própria luz consegue escapar (daí o adjetivo “negro” que lhe é atribuído).
Esses objetos cósmicos podem se formar a partir do colapso de uma única estrela, mas aqueles de categoria supermassiva são encontrados apenas nos núcleos de galáxias, onde a quantidade e densidade de matéria é muito alta.
Esse tipo de formação, em tese, não existiria no Universo de apenas 1,5 bilhão de anos. Mas Aydar forneceu agora mais evidências de que, nas regiões mais densas do cosmo, elas já estavam surgindo.
— Se os modelos que a gente acredita de evolução de galáxias estão corretos, esses dois casos que observamos mostram a formação de algumas das galáxias mais massivas que a gente conhece no Universo hoje em dia — diz Aydar. — Eles não são casos medianos, são casos extremos.
Um dos objetos estudados não é uma única galáxia, e sim uma formação composta de outras seis. Essas galáxias provavelmente iriam colidir depois para formar uma maior. E o buraco negro supermassivo no centro delas deve se fundir com vários outros buracos negros no núcleo dessas galáxias.
O outro objeto estudado, em contrapartida, parecia já ser uma única galáxia. Ele não possui, porém, uma forma típica em espiral como a da Via Láctea. Aydar diz crer que sua aparência disforme mais esférica se deve a colisões recentes que formaram essa supergaláxia.
Outra cientista, Krisztina Gabányi, da Universidade Eötvös Loránd, na Hungria, participou do estudo fazendo análises das imagens de radiotelescópios desses dois objetos em maior resolução.
“A emissão em rádio da primeira fonte era confinada a uma região muito menor do que no segundo caso, e o pequeno tamanho da emissão de rádio poderia indicar que a fonte ainda está se desenvolvendo conforme é alimentada por gás que está sendo expelido pelas galáxias em colisão” disse, em comunicado do grupo. “A emissão de rádio mais ampla pode ser mais antiga, como seria de esperar se a galáxia já passou por um processo de colisões semelhante anteriormente.”
O que os cientistas viram em cada caso, no fim das contas, foi provavelmente dois momentos diferentes de um processo que aconteceu com um tipo parecido de conjuntos de objetos nesse universo primordial. As colisões que produziam esses eventos, porém, eram de galáxias menos maduras do que a Via Láctea, e tinham dinâmica diferente.
O grupo celebra por fim o resultado de um trabalho que rendeu outros três artigos científicos, que agora estão mostrando um retrato único dessa região altamente densa do espaço, num canto muito distante do cosmo.
