Telescópio Webb detecta buraco negro supermassivo ativo mais distante – Strong The One

Além do buraco negro no CEERS 1019, os pesquisadores identificaram mais dois buracos negros que estão no lado menor e existiram 1 bilhão e 1,1 bilhão de anos após o big bang. O JWST também identificou onze galáxias que existiam quando o universo tinha entre 470 e 675 milhões de anos. A evidência foi fornecida pela pesquisa Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) do JWST, liderada por Steven Finkelstein, professor de astronomia na Universidade do Texas em Austin. O programa combina imagens altamente detalhadas do infravermelho próximo e médio do JWST e dados conhecidos como espectros, todos usados ​​para fazer essas descobertas.

“Observar este objeto distante com este telescópio é como observar dados de buracos negros que existem em galáxias próximas à nossa”, disse Rebecca Larson, uma recente Ph.D. pós-graduação na UT Austin, que liderou o estudo. “Existem tantas linhas espectrais para analisar!”

A equipe publicou esses resultados em vários artigos iniciais em uma edição especial da As cartas do jornal astrofísico.

O CEERS 1019 é notável não apenas por quanto tempo atrás ele existiu, mas também pelo peso relativamente pequeno de seu buraco negro. Ele registra cerca de 9 milhões de massas solares, muito menos do que outros buracos negros que também existiram no início do universo e foram detectados por outros telescópios. Esses gigantes normalmente contêm mais de 1 bilhão de vezes a massa do sol – e são mais fáceis de detectar porque são muito mais brilhantes. O buraco negro dentro do CEERS 1019 é mais parecido com o buraco negro no centro da nossa Via Láctea, que tem 4,6 milhões de vezes a massa do sol.

Embora menor, esse buraco negro existia há tanto tempo que ainda é difícil explicar como se formou logo após o início do universo. Os pesquisadores sabem há muito tempo que os buracos negros menores devem ter existido anteriormente no universo, mas não foi até o JWST começar a observar que eles foram capazes de fazer detecções definitivas.

A equipe não apenas conseguiu desvendar quais emissões no espectro são do buraco negro e quais são de sua galáxia hospedeira, mas também identificar a quantidade de gás que o buraco negro está ingerindo e determinar a taxa de formação estelar de sua galáxia.

A equipe descobriu que esta galáxia está ingerindo o máximo de gás possível, ao mesmo tempo em que produz novas estrelas. Eles se voltaram para as imagens para explorar por que isso poderia acontecer. Visualmente, o CEERS 1019 aparece como três aglomerados brilhantes, não como um único disco circular.

“Não estamos acostumados a ver tanta estrutura em imagens a essas distâncias”, disse Jeyhan Kartaltepe, membro da equipe do CEERS, professor associado de astronomia no Instituto de Tecnologia de Rochester, em Nova York. “Uma fusão de galáxias pode ser parcialmente responsável por alimentar a atividade no buraco negro desta galáxia, e isso também pode levar ao aumento da formação de estrelas”.

Estas são apenas as primeiras descobertas inovadoras da Pesquisa CEERS.

“Até agora, a pesquisa sobre objetos no início do universo era amplamente teórica”, disse Finkelstein. “Com o Webb, não só podemos ver buracos negros e galáxias a distâncias extremas, como também podemos começar a medi-los com precisão. Esse é o tremendo poder deste telescópio.”

No futuro, é possível que os dados do JWST também possam ser usados ​​para explicar como os primeiros buracos negros se formaram, revisando os modelos dos pesquisadores de como os buracos negros cresceram e evoluíram nas primeiras centenas de milhões de anos da história do universo.

O Telescópio Espacial James Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, a Agência Espacial Européia e a Agência Espacial Canadense.

Mais buracos negros e galáxias extremamente distantes

A Pesquisa CEERS é ampla e há muito mais para explorar. O membro da equipe Dale Kocevski do Colby College em Waterville, Maine, e a equipe rapidamente identificaram outro par de pequenos buracos negros nos dados. O primeiro, dentro da galáxia CEERS 2782, foi o mais fácil de identificar. Não há poeira obscurecendo a visão do JWST, então os pesquisadores puderam determinar imediatamente quando seu buraco negro existiu na história do universo – apenas 1,1 bilhão de anos após o big bang. O segundo buraco negro, na galáxia CEERS 746, existia um pouco antes, 1 bilhão de anos após o big bang. Seu brilhante disco de acreção, um anel feito de gás e poeira que circunda seu buraco negro supermassivo, ainda está parcialmente encoberto pela poeira.

“O buraco negro central é visível, mas a presença de poeira sugere que ele pode estar dentro de uma galáxia que também está bombeando estrelas furiosamente”, explicou Kocevski.

Como aquele no CEERS 1019, os dois outros buracos negros recém-descritos (nas galáxias CEERS 2782 e CEERS 746) também são “pesos leves” – pelo menos quando comparados com buracos negros supermassivos conhecidos anteriormente nessas distâncias. Eles têm apenas cerca de 10 milhões de vezes a massa do sol.

“Os pesquisadores sabem há muito tempo que deve haver buracos negros de menor massa no início do universo. Webb é o primeiro observatório que pode capturá-los com tanta clareza”, disse Kocevski. “Agora pensamos que os buracos negros de menor massa podem estar por todo o lado, à espera de serem descobertos.”

Antes do JWST, todos os três buracos negros eram fracos demais para serem detectados.

“Com outros telescópios, esses alvos parecem galáxias formadoras de estrelas comuns, não buracos negros supermassivos ativos”, acrescentou Finkelstein.

Os espectros sensíveis do JWST também permitiram a esses pesquisadores medir distâncias precisas e, portanto, as idades das galáxias no início do universo. Os membros da equipe Pablo Arrabal Haro do NOIRLab da National Science Foundation e Seiji Fujimoto, pesquisador de pós-doutorado e pesquisador do Hubble na UT Austin, identificaram 11 galáxias que existiam 470 milhões a 675 milhões de anos após o big bang. Além de estarem extremamente distantes, é notável o fato de tantas galáxias brilhantes terem sido detectadas. Os pesquisadores teorizaram que o JWST detectaria menos galáxias do que as encontradas a essas distâncias.

“Estou impressionado com a quantidade de espectros altamente detalhados de galáxias remotas que Webb retornou”, disse Arrabal Haro. “Esses dados são absolutamente incríveis.”

Essas galáxias estão formando estrelas rapidamente, mas ainda não são tão enriquecidas quimicamente quanto as galáxias que estão muito mais próximas de casa.

“Webb foi o primeiro a detectar algumas dessas galáxias”, explicou Fujimoto. “Este conjunto, junto com outras galáxias distantes que podemos identificar no futuro, pode mudar nossa compreensão da formação estelar e evolução galáctica ao longo da história cósmica”, acrescentou.

Link para a edição especial de As cartas do jornal astrofísico: https://iopscience.iop.org/collections/apjl-230504-220_Focus-on-CEERS-JWST-Survey