A sonda James Webb descobriu a fusão de buracos negros mais distante encontrada até hoje

Até o momento, os cientistas descobriram buracos negros supermassivos com massas milhões e bilhões de vezes a do Sol no centro das galáxias mais massivas do universo local, incluindo a nossa própria Via Láctea. Esses buracos negros provavelmente tiveram uma forte influência na evolução das galáxias em que residem, mas os pesquisadores ainda não entendem o que exatamente tornou esses objetos tão massivos.

Recentemente, o instrumento NIRSpec do Telescópio Espacial James Webb encontrou evidências da fusão contínua de duas galáxias e seus buracos negros massivos quando o universo tinha apenas 740 milhões de anos. Esta é a detecção mais distante de uma fusão de buracos negros já obtida. Além disso, esta é a primeira vez que esse fenômeno é observado em um estágio tão inicial na existência do Universo.

Fusão de dois buracos negros gigantes

Buracos negros muito massivos, que se acumulam alimentando-se de matéria circundante, têm características espectrográficas que permitem aos astrônomos identificá-los. Para galáxias muito distantes, como a considerada neste estudo, esses vestígios são inacessíveis a partir da Terra.

No entanto, James Webb consegue detectá-los graças ao dispositivo NIRSpec (Near InfraRed Spectrometer). Observações feitas pelo Galaxy Assembly com o programa NIRSpec Integral Field Spectroscopy usando a técnica de Integral Field Spectroscopy analisaram as características do sistema de galáxias ZS7.

A massa de um dos dois buracos negros neste sistema é 50 milhões de vezes a massa do Sol, a massa do outro é provavelmente semelhante, mas muito mais difícil de medir: este segundo buraco negro está enterrado em gás denso. Esse gás denso se move rapidamente nas proximidades de buracos negros, e traços de gás quente altamente ionizado também podem ser encontrados nele, iluminados pela radiação energética que os buracos negros normalmente produzem durante seus episódios de acreção.

Graças à nitidez de suas imagens, o Webb permitiu que a equipe separasse espacialmente dois buracos negros.

A localização do sistema galáctico ZS7 na imagem NIRCam de James Webb do programa JWST PRIMER. A emissão de hidrogênio ionizado (Hβ) no sistema ZS7 é indicada pela região laranja, e a emissão de oxigênio duplamente ionizado (OIII) é visível em vermelho escuro (imagem à direita).

Quando esses dois buracos negros se fundem, eles também gerarão ondas gravitacionais. Eventos semelhantes podem ser detectados pela próxima geração de observatórios de ondas gravitacionais, como o Space Laser Interferometer Antenna (LISA), um projeto recentemente aprovado pela ESA. A gerente de projeto da LISA, Nora Lutzgendorf, oficial da ESA, explicou:

Os resultados de Webb nos dizem que os sistemas de luz detectados pelo LISA devem ser muito mais comuns do que se pensava anteriormente. Isso provavelmente nos forçará a adaptar nossos modelos para a velocidade LISA nesta faixa de massa. E isso é apenas a ponta do iceberg.

A equipe envolvida nesses estudos recebeu recentemente um novo programa importante como parte do 3º ciclo de observação do Webb, destinado a estudar em detalhes a relação entre buracos negros massivos e galáxias hospedeiras durante o primeiro bilhão de anos. Um componente importante deste programa será a busca sistemática e caracterização de fusões de buracos negros.

Esses esforços determinarão a taxa em que esse tipo de fusão ocorre nas primeiras épocas cósmicas e avaliarão o papel das fusões no crescimento inicial dos buracos negros. Assim como a velocidade das ondas gravitacionais no alvorecer dos tempos.

"A massa estelar do sistema que estamos estudando é semelhante à do nosso vizinho, a Grande Nuvem de Magalhães", diz Pablo G. Pérez-González, do Centro de Astrobiologia (CAB), CSIC/INTA. "Podemos tentar imaginar como a evolução das galáxias em fusão poderia ser afetada se cada uma delas tivesse um buraco negro supermassivo igual ou maior do que o da Via Láctea..."

O estudo, publicado no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, pode ser encontrado aqui.