Quatro pares de misteriosos objetos podem ser fusões de buracos negros no Universo jovem

Os Little Red Dots (LRDs) são uma população de objetos astronômicos compactos e vermelhos identificados pelo telescópio espacial James Webb. Eles aparecem em observações de galáxias muito distantes, correspondendo a épocas em que o Universo tinha entre algumas centenas de milhões e cerca de 1,5 bilhão de anos.

As evidências indicam que muitos podem estar associados a buracos negros em crescimento. Esses objetos podem ajudar a esclarecer como galáxias massivas se formaram tão rapidamente depois do Big Bang e como seus buracos negros conseguiram acumular enormes quantidades de massa em tão pouco tempo.

Agora, imagens em infravermelho do James Webb permitiram identificar múltiplos buracos negros massivos ativos de aproximadamente quando o Universo ainda tinha menos de 1,3 bilhão de anos. Os objetos estavam acumulando matéria e crescendo rapidamente, e alguns dos sistemas apresentavam sinais compatíveis com buracos negros em fusão.

Little Red Dots

Os LRDs aparecem em grandes distâncias, correspondendo a uma época em que o Universo tinha menos de 1,5 bilhão de anos. A origem do sinal no infravermelho ainda não é compreendida, mas muitos LRDs parecem estar associados a buracos negros supermassivos em crescimento, rodeados por gás e poeira aquecidos pela acreção.

Alguns LRDs apresentam propriedades compatíveis com núcleos galácticos ativos, indicando que seus buracos negros já acumulavam grandes quantidades de matéria pouco após o Big Bang. Entender essa população pode revelar como o crescimento dos buracos negros esteve relacionado à formação de galáxias.

Buracos negros se fundindo

A fusão de buracos negros no Universo primordial pode ter sido um mecanismo importante para o crescimento acelerado desses objetos. Para investigar, um grupo de pesquisadores analisou imagens infravermelhas usando um método de seleção de cores pixel a pixel. A técnica procura estruturas internas que possam revelar dois objetos muito próximos.

Aplicando o método aos LRDs, os pesquisadores identificaram quatro pares no Universo de 12,5 a 12,8 bilhões de anos atrás, com separações de alguns milhares a algumas dezenas de milhares de anos-luz. Essas distâncias indicam que os pares podem estar fisicamente associados e evoluindo em direção a uma fusão.

Hipótese do crescimento de buracos negros

Os pares de observados podem fornecer evidências para testar justamente o papel das fusões nesse crescimento acelerado. Uma hipótese é que os primeiros buracos negros tenham surgido do colapso gravitacional das primeiras estrelas massivas. Outra possibilidade envolve o colapso direto de grandes nuvens de gás.

Em ambos os cenários, essas sementes poderiam crescer por acreção de gás e pela fusão com outros buracos negros ao longo da evolução das galáxias. O problema é que alguns buracos negros já observados no Universo primordial atingiram bilhões de massas solares quando o Universo tinha menos de 1 bilhão de anos.

Por que esses LRDs são importantes?

A identificação de quatro pares se fundindo no Universo primordial fornece uma oportunidade de estudar esses sistemas. Essas observações ajudam a investigar se as fusões eram frequentes nas primeiras galáxias e qual era sua contribuição para o crescimento rápido dos buracos negros.

Se esses pares realmente estiverem evoluindo em direção a fusões, eles representam uma evidência direta de um dos mecanismos capazes de aumentar a massa dos buracos negros ao longo do tempo. Estudar essa população pode ajudar a conectar a formação das primeiras galáxias, as interações entre elas e o crescimento dos buracos negros.