O mistério do nascimento cósmico: JWST acha buraco negro mais velho que sua própria galáxia

Uma das perguntas mais conhecidas é “o que veio primeiro: o ovo ou a galinha?” que já gerou debates por várias décadas. Atualmente, a Astronomia possui uma versão semelhante dessa pergunta que é entender o que veio primeiro: o buraco negro supermassivo ou a galáxia que ele está habitando? Observações mostram que todas as galáxias massivas possuem um buraco negro em seu núcleo e que existe uma forte correlação entre a massa desses objetos e as propriedades da galáxia hospedeira.

Isso sugere que ambos evoluem de forma conectada ao longo do tempo, mas permanece em aberto qual dos dois surgiu primeiro. Algumas hipóteses propõem que as primeiras galáxias se formaram antes e alimentaram os buracos negros. Com as observações do telescópio James Webb (JWST), novas hipóteses passaram a considerar cenários em que buracos negros poderiam se formar e crescer antes de suas galáxias hospedeiras.

Um novo estudo publicado na Nature adiciona mais uma peça importante a esse quebra-cabeça. Com novos dados do JWST, os pesquisadores identificaram evidências de um sistema em que um buraco negro aparentemente já estava estabelecido antes do crescimento de sua galáxia hospedeira. Isso sugere que, pelo menos em alguns casos, o crescimento do buraco negro pode anteceder a formação completa da galáxia. Embora o resultado não resolva definitivamente o problema, ele fortalece cenários nos quais buracos negros vieram primeiro.

O ovo ou a galinha?

A pergunta "o que veio primeiro, a galáxia ou o buraco negro?" é frequentemente considerada o equivalente astronômico do dilema do ovo e da galinha. Observações mostram que quase todas as galáxias massivas possuem um buraco negro supermassivo em sua região central, e que existe uma forte correlação entre suas massas. Essa relação sugere que a evolução das galáxias e de seus buracos negros está conectada.

Em alguns modelos, as primeiras galáxias acumulam gás e matéria suficiente para formar e alimentar um buraco negro central. Em outros, buracos negros surgem muito cedo e passam a influenciar diretamente a formação estelar e a evolução galáctica. A dificuldade em responder essa pergunta está no fato de que os eventos ocorreram nos primeiros bilhões de anos após o Big Bang, uma época difícil de observar.

JWST

Considerando essa dificuldade, astrônomos começaram a projetar o JWST desde a década de 90 como uma forma de observar os primeiros momentos do Universo. A ideia era que o JWST conseguisse observar quando as primeiras galáxias e os primeiros buracos negros estavam surgindo. O JWST consegue observar galáxias que existiam apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang. Dessa forma, o telescópio foi projetado para investigar exatamente quando e como surgiram as primeiras estruturas cósmicas.

Uma das principais estratégias do JWST é identificar sistemas extremamente jovens e determinar se o crescimento galáctico ou o crescimento do buraco negro ocorreu primeiro. Para isso, os astrônomos analisam a quantidade de estrelas presentes na galáxia, a taxa de formação estelar e os sinais de acreção de matéria pelo buraco negro central. Se um buraco negro muito massivo for encontrado em uma galáxia ainda pouco desenvolvida, isso sugere que o objeto começou a crescer antes de sua hospedeira.

Novos resultados

Uma nova pista sobre o mistério da formação de galáxias e buracos negros surgiu a partir das observações do objeto Abell 2744-QSO1, uma das chamadas "Little Red Dots". Esse sistema existia quando o universo tinha apenas cerca de 700 milhões de anos de idade. Apesar de possuir apenas cerca de 1.300 anos-luz de extensão, ele abriga um buraco negro supermassivo completamente desenvolvido. A observação foi realizada através de um fenômeno de lente gravitacional produzido pelo aglomerado de galáxias Abell 2744.

As análises indicam que o sistema pode ser composto principalmente por uma nuvem de hidrogênio e hélio orbitando um buraco negro com cerca de 40 milhões de massas solares. A estrutura galáctica ao redor parece pouco desenvolvida quando comparada à massa estimada do buraco negro central. Isso sugere que o crescimento do buraco negro pode ter ocorrido antes da formação completa da galáxia hospedeira. Se confirmada, a descoberta ajudará a explicar por que o JWST tem encontrado tantos buracos negros massivos tão cedo no Universo.

Como esse objeto surgiu?

Uma das conclusões mais importantes desse estudo é que o Abell 2744-QSO1 não parece seguir o cenário tradicional de formação de buracos negros supermassivos. Normalmente, acredita-se que esses objetos cresçam gradualmente a partir de buracos negros de origem estelar. No entanto, a massa muito alta do buraco negro em relação ao tamanho da galáxia hospedeira torna esse processo difícil de explicar. Simplesmente não haveria tempo suficiente para que um buraco negro pequeno atingisse a massa estimada.

Isso sugere que o objeto pode ter nascido já com uma massa maior. Entre as possibilidades estão os chamados buracos negros primordiais e os modelos de colapso direto. No primeiro caso, o buraco negro poderia ter surgido a partir de flutuações de densidade nos instantes iniciais após o Big Bang. No segundo cenário, uma gigantesca nuvem de gás primordial teria colapsado diretamente sob a própria gravidade, sem passar pela etapa intermediária de formação estelar.

Referência da notícia

Juodžbalis et al. 2026 A direct black-hole mass measurement in a little red dot at high redshift Nature