Como qualquer objeto, os buracos negros levam tempo para crescer e se formar. E como uma criança de 1,80 metro de altura, os enormes buracos negros de Fan eram grandes demais para sua idade – o universo não tinha idade suficiente para que eles acumulassem bilhões de sóis de peso. Para explicar essas crianças crescidas, os físicos foram forçados a considerar duas opções desagradáveis.
Décadas atrás, Xiaohui Fan, astrônomo da Universidade do Arizona, ajudou a descobrir uma série de quasares – buracos negros supermassivos brilhantes – cuja extrema juventude e tamanho desafiavam as teorias padrão de formação de buracos negros.Fotografia: Tod Lauer
A primeira foi que as galáxias de Fan começaram cheias de buracos negros padrão, de massa aproximadamente estelar, do tipo que as supernovas costumam deixar para trás. Eles então cresceram fundindo-se e engolindo gás e poeira circundantes. Normalmente, se um buraco negro se banqueteia de forma suficientemente agressiva, uma onda de radiação empurra para longe os seus pedaços. Isso interrompe o frenesi alimentar e estabelece um limite de velocidade para o crescimento do buraco negro que os cientistas chamam de limite de Eddington. Mas é um teto macio: uma torrente constante de poeira poderia superar o derramamento de radiação. No entanto, é difícil imaginar a sustentação de um crescimento tão “super-Eddington” durante tempo suficiente para explicar as feras de Fan – elas teriam de crescer de forma impensavelmente rápida.
Ou talvez os buracos negros possam nascer de tamanhos improváveis. As nuvens de gás no Universo primitivo podem ter colapsado diretamente em buracos negros pesando muitos milhares de sóis – produzindo objetos chamados sementes pesadas. Este cenário também é difícil de aceitar, porque nuvens de gás tão grandes e irregulares deveriam fraturar-se em estrelas antes de formar um buraco negro.
Uma das prioridades do JWST é avaliar estes dois cenários olhando para o passado e capturando os ancestrais mais ténues das galáxias de Fan. Esses precursores não seriam exatamente quasares, mas galáxias com buracos negros um pouco menores a caminho de se tornarem quasares. Com o JWST, os cientistas têm a melhor hipótese de detectar buracos negros que mal começaram a crescer – objectos suficientemente jovens e pequenos para que os investigadores determinem o seu peso à nascença.
Essa é uma das razões pelas quais um grupo de astrônomos do Cosmic Evolution Early Release Science Survey, ou CEERS, liderado por Dale Kocevski do Colby College, começou a trabalhar horas extras quando notaram pela primeira vez sinais de buracos negros tão jovens surgindo nos dias seguintes ao Natal.
“É impressionante quantos deles existem”, escreveu Jeyhan Kartaltepeastrônomo do Rochester Institute of Technology, durante uma discussão no Slack.
“Muitos monstrinhos escondidos”, respondeu Kocevski.
Ilustração: Samuel Velasco/Revista Quanta
Uma multidão crescente de monstros
Nos espectros do CEERS, algumas galáxias surgiram imediatamente como potencialmente escondendo buracos negros bebés – os pequenos monstros. Ao contrário de suas irmãs mais baunilha, essas galáxias emitiam luz que não chegava com apenas um tom nítido para o hidrogênio. Em vez disso, a linha de hidrogênio foi manchada, ou ampliada, em uma variedade de tons, indicando que algumas ondas de luz foram esmagadas à medida que as nuvens de gás em órbita aceleravam em direção ao JWST (exatamente no momento em que uma ambulância que se aproxima emite um lamento crescente enquanto as ondas sonoras de sua sirene são comprimidas) enquanto outras as ondas foram esticadas enquanto as nuvens voavam para longe. Kocevski e seus colegas sabiam que os buracos negros eram praticamente o único objeto capaz de lançar hidrogênio dessa forma.
“A única maneira de ver a ampla componente do gás que orbita o buraco negro é olhar diretamente para o interior da galáxia e diretamente para o buraco negro”, disse Kocevski.
No final de janeiro, a equipe do CEERS conseguiu produzir uma pré-impressão descrevendo dois dos “monstrinhos escondidos”, como os chamavam. Depois, o grupo decidiu estudar sistematicamente uma faixa mais ampla de centenas de galáxias recolhidas pelo seu programa para ver quantos buracos negros existiam por aí. Mas foram descobertos por outra equipe, liderada por Yuichi Harikane, da Universidade de Tóquio, poucas semanas depois. O grupo de Harikane pesquisou 185 das galáxias CEERS mais distantes e encontrado 10 com amplas linhas de hidrogênio – o provável trabalho de buracos negros centrais com um milhão de massas solares em desvios para o vermelho entre 4 e 7. Então, em junho, uma análise de duas outras pesquisas lideradas por Jorryt Matthee do Instituto Federal Suíço de Tecnologia de Zurique identificou mais 20 “pequenos pontos vermelhos” com amplas linhas de hidrogênio: buracos negros girando em torno do redshift 5. Uma análise postado no início de agosto anunciou outra dúzia, algumas das quais podem até estar em processo de crescimento por meio de fusão.
