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Astrônomos dizem que a descoberta da deriva quasares do universo primitivo estão desafiando a nossa compreensão de como estes objetos massivos, luminosos e extremamente distantes poderiam ter-se formado, de acordo com novas descobertas tornadas possíveis pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA.
Quasares são objetos celestes extremamente brilhantes que se acredita possuírem buracos negros massivos, e algumas teorias atuais propõem que eles podem desempenhar um papel significativo na evolução das galáxias.
Muitos destes objetos ocupam vizinhanças galácticas onde dezenas de quasares coexistem próximos uns dos outros nos chamados “campos de quasares”. No entanto, sabe-se também que alguns desses objetos existem muito mais distantes das galáxias às quais estão comumente associados.
Agora, de acordo com novas descobertas feitas por astrônomos usando dados obtidos com o Telescópio Espacial James Webb, vários desses “quasares solitários” parecem datar de há mais de 13 bilhões de anos, levantando questões intrigantes sobre como eles poderiam ter se formado em um período tão antigo em o universo.
Perguntas sobre quasares
Classificados entre os objetos mais brilhantes já observados no universo, alguns dos primeiros quasares identificados pelos astrônomos datam de algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang. Esta é uma descoberta desafiadora para os astrônomos, dado que o aparecimento precoce destes objetos aparentemente não explica como eles poderiam ter se tornado tão massivos e brilhantes num período relativamente curto, cosmicamente falando.
As teorias existentes sustentam que alguns desses primeiros quasares poderiam representar áreas onde existiram regiões densas de matéria primordial capazes de alimentar esses objetos. Esta observação também pode explicar o aparecimento de “campos de quasares”, onde estes objetos luminosos coexistem ao lado de aglomerados de galáxias próximas mais pequenas.
Tudo isso parece entrar em conflito com novas observações lideradas por uma equipe de pesquisadores do MIT, que dizem que alguns desses antigos objetos celestes aparecem em regiões onde não há evidências de ambientes galácticos próximos, ricos em matéria, que provavelmente teriam sido necessários para que eles existissem. tome forma.
Olhando para trás no tempo para revelar regiões distantes do Universo tal como eram há cerca de 13 mil milhões de anos, a equipa examinou uma série de quasares primitivos e as áreas circundantes, o que revelou algo surpreendente: vários deles pareciam estar bastante distantes de qualquer local próximo. fontes de massa capazes de alimentar os buracos negros supermassivos que se suspeita conterem.
“Ao contrário da crença anterior, descobrimos que, em média, estes quasares não estão necessariamente nas regiões de maior densidade do universo primitivo”, segundo Anna-Christina Eilers, professora assistente de física no MIT e um dos membros da equipa de estudo. .
Eilers disse que ela e seus colegas têm dificuldade em entender como esses quasares “solitários” poderiam ter se formado, e muito menos o que poderia tê-los impulsionado a tamanhos tão grandes na ausência de quaisquer fontes de matéria circundantes.
Galáxias escondidas à vista de todos
Uma possibilidade que os astrônomos propõem sobre como esses gigantes celestes podem ter se formado envolve a ideia de que, afinal, pode haver galáxias próximas, mas que estão obstruídas de vista por grandes quantidades de detritos cósmicos.
Cinco dos quasares recém-detectados estão entre os mais antigos já observados, e com buracos negros supermassivos alimentando-os a níveis de energia até um bilhão de vezes mais que o Sol e produzindo trilhões de vezes mais luz, deve haver uma fonte significativa de matéria. para alimentá-los.
Ao estudar as imagens dos cinco objetos obtidas desde agosto de 2022, foram compiladas várias imagens de “mosaico” que revelaram o campo de cada quasar. Medições adicionais de luz em vários comprimentos de onda permitiram que Eilers e a equipe discernissem entre objetos e classificassem as distâncias entre as galáxias e seu quasar central.
Apesar do seu brilho, Eilers disse que ela e a sua equipa não teriam sido capazes de detectar a luz antiga destes objetos distantes sem os poderosos instrumentos do Telescópio Espacial James Webb.
“Pela primeira vez, o JWST permitiu-nos observar o ambiente destes quasares, onde cresceram e como era a sua vizinhança”, disse Eilers num comunicado.
“Descobrimos que a única diferença entre estes cinco quasares é que os seus ambientes parecem muito diferentes”, diz Eilers. “Por exemplo, um quasar tem quase 50 galáxias ao seu redor, enquanto outro tem apenas duas.”
Eilers disse que ela e a equipa ficaram surpreendidos ao ver quasares de tamanho e brilho semelhantes sob condições tão diferentes, observações que levantam questões significativas sobre a nossa compreensão do Universo.
As coisas não são o que parecem
Um problema astronómico surge das observações da equipa, uma vez que a contabilização da presença de quasares no Universo primitivo requer grandes fontes de matéria para os alimentar. No entanto, há mais de 13 mil milhões de anos, os processos cósmicos que teriam dado origem à acumulação de matéria que os astrónomos acreditam serem necessários para a formação de objetos celestes tão grandes não deveriam ter tido tempo para ocorrer.
Parte integrante dos processos que levaram à acumulação de matéria ao longo do tempo é a matéria escura, o material não luminoso há muito hipotético que se acredita povoar o nosso universo. Após o Big Bang, a matéria escura provavelmente começou a se aglutinar em filamentos que criaram caminhos para o acúmulo de gás atraído pela gravidade que exerciam. As regiões de maior densidade decorrentes de tais processos são onde os quasares deveriam aparecer, pelo menos em teoria.
Elia Pizzati, estudante de pós-graduação na Universidade de Leiden e uma das co-autoras do estudo, diz que tais ideias envolvendo matéria escura são provavelmente sólidas e parecem corresponder a simulações que ela e os seus colegas podem comparar com as suas próprias observações recentes.
“Ao comparar as nossas observações com estas simulações, podemos determinar onde estão localizados os quasares na web cósmica”, disse Pizzati.
“A principal questão que estamos tentando responder é: como esses buracos negros com bilhões de massas solares se formam numa época em que o universo ainda é muito, muito jovem?” Eilers, uma observação com implicações profundas em termos da nossa compreensão do universo e da sua evolução. Se as teorias atuais forem em sua maior parte precisas, a presença de quasares “solitários” apresenta um mistério astronômico significativo. Alternativamente, a sua presença também pode implicar que algo está incompleto na nossa compreensão do cosmos.
“Nossos resultados mostram que ainda falta uma peça significativa no quebra-cabeça de como esses buracos negros supermassivos crescem”, disse Eilers em um comunicado recente.
“Se não há material suficiente para que alguns quasares possam crescer continuamente, isso significa que deve haver alguma outra maneira de crescerem, que ainda temos que descobrir.”
O novo estudo por Eilers, Pizzati, et al, “EIGER. VI. A função de correlação, massa do halo do hospedeiro e ciclo de trabalho de quasares luminosos em z ≳ 6”, foi publicado em O Jornal Astrofísico em 17 de outubro de 2024.
Micah Hanks é o editor-chefe e cofundador do The Debrief. Ele pode ser contatado por e-mail em micah@thedebrief.org. Acompanhe seu trabalho em micahhanks.com e em X: @MicahHanks.
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