Telescópio Euclid descobre monstruosos buracos negros do Universo primitivo com um brilho jamais visto

O telescópio Euclid continua, sem dúvida, a quebrar recordes de observação. A partir de uma amostra de 31 quasares, ele identificou um par que brilha com mais intensidade do que o esperado. O mais notável é que os detectou quando o Universo estava em seus primórdios, uma vez que se formaram 670 milhões de anos após o Big Bang.

Esse par de objetos foi designado como EUCL J172902.75+641018.1 e EUCL J125308.55+705432.3. Com desvios para o vermelho de 7,77 e 7,69 — correspondendo a uma distância de pouco mais de 13 bilhões de anos-luz —, eles são os quasares com os maiores desvios para o vermelho já registrados até o momento.

Após a confirmação espectroscópica realizada por telescópios terrestres como o Keck, o Magellan e o Large Binocular Telescope, obteve-se uma amostra de 31 novos quasares com desvios para o vermelho entre 6,6 e 7,8 — incluindo doze com z=7 —, o que mais do que duplicou o número anteriormente conhecido nessa faixa.

Esse número é significativo porque levou mais de uma década para localizar os primeiros 10 quasares com desvio para o vermelho igual ou superior a 7, ao passo que o Euclid superou essa marca em pouco menos de um ano de observações. Isso constitui uma amostra grande o suficiente para iniciar o estudo desses objetos do universo primordial.

Nem tudo o que reluz é preto

Primeiro, é preciso fazer um esclarecimento: embora se diga frequentemente que eles "brilham como um bilhão de sóis", o buraco negro em si não emite essa luz. O brilho provém principalmente do gás e da poeira que caem em sua direção, sendo comprimidos e aquecidos antes de atravessar o horizonte de eventos.

Esse processo pode transformar o núcleo de uma galáxia em um quasar, um dos objetos mais luminosos do Universo. Durante essa fase, o centro galáctico pode brilhar centenas ou milhares de vezes mais intensamente do que a galáxia que o abriga.

A radiação também nos permite observar a Época da Reionização, quando o hidrogênio passou de um estado neutro para um ionizado devido à radiação das primeiras estrelas, galáxias e núcleos ativos — um processo que alterou as propriedades do meio intergaláctico no Universo primitivo.

Essencialmente, os quasares funcionam como faróis que brilham através desse gás; ao estudar como comprimentos de onda específicos foram absorvidos durante o trajeto, os pesquisadores conseguem reconstruir as condições do Universo jovem, enquanto o próprio quasar fornece informações sobre a formação de galáxias e o crescimento de buracos negros centrais.

O problema de crescer rápido demais

Um dos desafios da astrofísica moderna é compreender como certos buracos negros adquiriram massas tão enormes em um estágio tão inicial. Já conhecemos buracos negros com massas bilhões de vezes superiores à do Sol, datando de uma época em que o Universo tinha menos de um bilhão de anos.

No cenário mais simples, um buraco negro se forma a partir do colapso de uma estrela muito massiva e, posteriormente, cresce por meio da acreção de matéria. No entanto, a pressão gerada pela própria radiação limita a taxa de acreção. Manter esse ritmo por centenas de milhões de anos exige condições extraordinariamente favoráveis e um suprimento de matéria praticamente contínuo.

Uma possibilidade é que as “sementes” iniciais fossem muito mais massivas do que o previsto, formadas pelo colapso direto de grandes nuvens de gás. Outro cenário propõe episódios de acreção “super-Eddington”.

A amostra do Euclid não esclarece qual desses mecanismos predominou, nem tampouco foram determinadas as massas dos buracos negros dos dois objetos que bateram recordes. No entanto, pelo menos agora dispomos de objetos suficientes para comparar modelos e investigar as condições que permitiram o seu crescimento extraordinário.

Uma galáxia que produzia estrelas a todo vapor

No entanto, o EUCL J125308.55+705432.3 oferece uma pista adicional. Observações realizadas com o NOEMA detectaram emissão de carbono ionizado e poeira fria em sua galáxia hospedeira, revelando que o sistema não estava apenas alimentando o buraco negro, mas também produzindo estrelas a uma taxa "impressionante".

O estudo estima uma taxa de formação estelar superior a 250 massas solares por ano e uma massa de poeira próxima de 140 milhões de massas solares. Essa combinação aponta para uma galáxia rica em gás, capaz de formar estrelas rapidamente e, simultaneamente, fornecer material para o buraco negro central.

Sem dúvida, a grande vantagem do telescópio é sua capacidade de combinar profundidade, um amplo campo de visão e imagens em infravermelho a partir do espaço. E, embora seu objetivo principal seja mapear a estrutura do Universo e estudar a matéria escura e a energia escura, ele também nos permite descobrir objetos desse tipo.

Com o Euclid Wide Survey programado para cobrir mais de um terço do céu, esses 31 quasares são apenas o começo. Se a missão continuar encontrando objetos mais numerosos e de menor brilho, poderemos passar do estudo de pontos de luz individuais para a reconstrução da história completa desses objetos fascinantes.