Descoberta de um monstro cósmico na galáxia CAPERS‑LRD‑z9 desafia teorias sobre crescimento de buracos negros e formação de galáxias
Introdução
No início do universo, quando apenas 500 milhões de anos haviam se passado desde o Big Bang – uma fração ínfima dos 13,8 bilhões de anos que o cosmos tem atualmente – a matéria se organizava em protoestruturas luminosas e compactas. Esse período, chamado “alvorecer cósmico”, marca a transição entre a “idade das trevas” e a era em que as primeiras estrelas e galáxias inundaram o espaço com luz. A detecção de objetos dessa época é um desafio tremendo, exigindo instrumentos extremamente sensíveis e novas técnicas de observação. Em agosto de 2025, astrônomos liderados pelo Cosmic Frontier Center da Universidade do Texas em Austin anunciaram uma conquista notável: a confirmação do buraco negro mais distante já observado, localizado na galáxia CAPERS‑LRD‑z9[1]. A luz desse sistema começou a viajar quando o universo tinha apenas cerca de 3 % de sua idade atual[1], ou seja, há aproximadamente 13,3 bilhões de anos[2]. Essa descoberta não apenas empurra os limites do que podemos observar, mas também oferece uma janela privilegiada para estudar como surgiram os buracos negros supermassivos e como eles influenciaram a evolução das primeiras galáxias.
O achado foi possível graças ao programa CAPERS (CANDELS‑Area Prism Epoch of Reionization Survey), que utiliza dados do telescópio espacial mais poderoso da atualidade, o James Webb (JWST). O CAPERS busca confirmar distâncias e propriedades físicas dos objetos mais distantes já detectados[3], usando espectroscopia infravermelha para identificar assinaturas únicas de matéria em alta velocidade. A galáxia CAPERS‑LRD‑z9, inicialmente registrada como um pequeno ponto vermelho (“Little Red Dot”) nos campos do JWST, revelou-se o abrigo de um buraco negro com massa estimada em até 300 milhões de vezes a do Sol[4]. Esse monstro cósmico é tão massivo que corresponde a aproximadamente metade da massa estelar total de sua galáxia hospedeira[4], algo surpreendente para uma época tão remota.
Esta reportagem explora em detalhes essa descoberta, apresenta o contexto científico que a torna tão significativa e discute as implicações para nossos modelos de formação de buracos negros e de galáxias. Também examinamos como a tecnologia do JWST e de outros instrumentos, como o Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), permitiu aos cientistas acessar informações que até recentemente eram inacessíveis. Por fim, discutimos os próximos passos desse campo de pesquisa e o que o estudo de CAPERS‑LRD‑z9 pode revelar sobre o universo primordial.
O programa CAPERS e o telescópio Webb
O telescópio espacial James Webb foi projetado para observar comprimentos de onda no infravermelho, onde a luz de objetos distantes é esticada (redshift) pela expansão do universo. Graças a seus instrumentos – incluindo a câmera de infravermelho próximo (NIRCam), o espectrômetro NIRSpec e a câmera de infravermelho médio (MIRI) – o Webb consegue detectar galáxias e estrelas formadas centenas de milhões de anos após o Big Bang. O programa CAPERS nasceu com o objetivo de usar esses instrumentos para estudar o período da reionização, quando a radiação das primeiras fontes luminosas ionizou o gás neutro que dominava o cosmos. O projeto é coordenado por Mark Dickinson e reúne uma equipe internacional de astrônomos[5].
Uma das estratégias do CAPERS é empregar o modo Prism do NIRSpec para dispersar a luz de galáxias muito distantes em um espectro contínuo. Isso permite identificar deslocamentos para o vermelho causados por gases que se movem em alta velocidade, além de determinar a presença de elementos químicos específicos. Para a CAPERS‑LRD‑z9, a equipe combinou dados de NIRCam e MIRI para localizar candidatos a galáxias extremas e, posteriormente, utilizou o NIRSpec/Prism para verificar suas distâncias e propriedades espectrais[6]. A amplitude do redshift observado indicou que a luz havia sido emitida cerca de 500 milhões de anos após o Big Bang[1].
Identificação do buraco negro
Embora várias candidatas a buracos negros distantes tenham sido identificadas nos últimos anos, a confirmação de que esses objetos de fato são buracos negros exige a detecção de assinaturas espectroscópicas inequívocas. Quando o gás e a poeira orbitam um buraco negro e caem em direção ao horizonte de eventos, eles aceleram a velocidades relativísticas. Esse movimento rápido alonga (redshift) ou comprime (blueshift) a luz emitida, dependendo se o material se afasta ou se aproxima do observador. A presença simultânea de linhas de emissão alargadas, uma vermelha e outra azul, é difícil de produzir por fenômenos que não envolvam um buraco negro ativo[7][8].
No caso de CAPERS‑LRD‑z9, o espectro obtido pelo NIRSpec revelou exatamente esse padrão. Os pesquisadores observaram linhas de emissão de gás em alta velocidade, sendo que algumas partes se deslocavam para comprimentos de onda mais longos (vermelhos) e outras para comprimentos mais curtos (azuis). Essa assinatura indicou a presença de material orbitando um objeto compacto e massivo – um buraco negro supermassivo – no centro da galáxia[9]. A análise do espectro permitiu aos cientistas estimar a massa do buraco negro em centenas de milhões de massas solares[4][10].
As “Little Red Dots” e a galáxia CAPERS‑LRD‑z9
A CAPERS‑LRD‑z9 pertence a uma classe de objetos identificada recentemente e informalmente chamada de “Little Red Dots” – pequenos pontos vermelhos – que aparecem em grande número nas imagens do JWST obtidas cerca de 600 milhões de anos após o Big Bang[11]. Essas galáxias são compactas, possuem cores avermelhadas e são mais brilhantes do que se esperava para uma época tão precoce. Diferem das galáxias observadas pelo Telescópio Espacial Hubble e parecem representar um estágio evolutivo anterior ao das galáxias mais massivas e luminosas (como os quasares)[12]. O fato de CAPERS‑LRD‑z9 conter um buraco negro supermassivo reforça a hipótese de que a luminosidade excessiva das “Little Red Dots” não se deve apenas a uma abundância de estrelas, mas a núcleos galácticos ativos alimentados por buracos negros[13][14].
Observações mostraram que a galáxia apresenta uma coloração vermelha intensa, atribuída a um espesso manto de gás e poeira que envolve o buraco negro[15]. Quando a luz atravessa essa nuvem, as frequências azuis são dispersas e a emissão resultante se torna mais avermelhada. Esse mesmo fenômeno, em menor escala, explica o brilho vermelho de um pôr do sol na Terra. A identificação de poeira circundando o núcleo ativo sugere que as “Little Red Dots” podem ser precursoras de quasares, cuja fase brilhante ocorre quando o buraco negro libera jatos e energia suficiente para remover a poeira ao seu redor e iluminar a galáxia inteira[12].
Massas supermassivas em tempos precoces
O aspecto mais impressionante da descoberta de CAPERS‑LRD‑z9 é a massa colossal do buraco negro: até 300 milhões de massas solares[4]. Para efeitos de comparação, o buraco negro central da Via Láctea, Sagitário A, possui cerca de 4 milhões de massas solares. A massa do buraco negro de CAPERS‑LRD‑z9 representa quase metade da massa total das estrelas de sua galáxia hospedeira[4]. A existência de um objeto tão grande apenas meio bilhão de anos após o Big Bang desafia os modelos tradicionais de crescimento de buracos negros. Em cenários clássicos, buracos negros nascem como remanescentes de estrelas massivas (da chamada População III) e crescem por meio de fusões com outros buracos negros ou pela acreção de gás. Contudo, há um limite na taxa de acreção imposto pela radiação emitida enquanto o material cai no buraco negro; esse limite, conhecido como limite de Eddington*, faz com que a massa do buraco negro dobre a cada cerca de 50 milhões de anos. Mesmo crescendo no limite de Eddington, seriam necessárias centenas de milhões de anos para um buraco negro atingir as centenas de milhões de massas solares observadas[16].
Para explicar essa discrepância, os astrônomos propõem diferentes hipóteses. Uma delas sugere que os primeiros buracos negros nasceram muito mais massivos do que aqueles que vemos se formar hoje. Esses chamados “sementes supermassivas” poderiam ter se originado a partir do colapso direto de nuvens de gás primordiais, contornando o estágio intermediário de formação estelar. Outra possibilidade é que esses objetos tenham experimentado fases de crescimento muito rápidas, superando o limite de Eddington de forma temporária. Ambientes densos de gás no universo primordial poderiam permitir taxas de acreção mais altas, alimentando buracos negros de maneira contínua[16]. A confirmação de um buraco negro tão massivo em CAPERS‑LRD‑z9 fornece evidências adicionais de que pelo menos um desses mecanismos atuou para produzir monstros cósmicos em tão pouco tempo.
A física por trás das observações espectroscópicas
A espectroscopia é uma das ferramentas mais poderosas da astrofísica moderna. Ao decompor a luz em suas diferentes frequências, é possível obter informações sobre a composição, temperatura, velocidade e densidade de objetos astronômicos. No estudo de CAPERS‑LRD‑z9, a equipe usou o espectrômetro NIRSpec do JWST no modo de dispersão baixa (Prism), que permite observar um espectro contínuo em uma ampla faixa de frequências do infravermelho. O espectro revelou linhas de emissão alargadas, indicando que o gás estava se movendo em velocidades extremas. As linhas de emissão da região do hidrogênio molecular e de outros elementos apresentavam uma assimetria típica de um disco de acreção, com uma componente vermelha proveniente do gás se afastando e uma componente azul proveniente do gás se aproximando[9]. Essa assinatura é conhecida como “emissão de linha larga” e é característica de núcleos galácticos ativos (AGN), onde um buraco negro supermassivo está alimentando um disco de acreção luminoso.
Além da presença das linhas de emissão largas, o espectro mostrou ausência de certos traços que poderiam ser associados a regiões de formação estelar intensa. Isso sugere que a luminosidade da galáxia não é dominada por estrelas jovens, mas sim pela radiação emitida pelo material caindo no buraco negro. Essa observação está alinhada com a hipótese de que as “Little Red Dots” são alimentadas por AGNs, e não apenas por populações estelares. A detecção de poeira e gás ao redor do núcleo também reforça a ideia de que estamos observando uma fase inicial de atividade, antes que a radiação ultravioleta e os jatos expulsassem o material ao redor e transformassem a galáxia em um quasar clássico.
Contribuições do Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI)
Embora o JWST tenha sido responsável pela detecção e confirmação do buraco negro, dados complementares vieram do Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), localizado no Observatório Nacional de Kitt Peak e operado pelo NOIRLab. O DESI foi projetado para mapear a expansão do universo medindo o redshift de milhões de galáxias e quasares. Para CAPERS‑LRD‑z9, o instrumento forneceu medições adicionais de redshift e espectros ópticos que ajudaram a refinar a estimativa de distância e a corroborar as observações do JWST[17]. Essa colaboração entre instrumentos terrestres e espaciais demonstra como diferentes observatórios podem se complementar na exploração do universo primordial.
Contexto cosmológico: reionização e formação de galáxias
O período em que CAPERS‑LRD‑z9 existiu coincide com o final da “Idade das Trevas” cósmica e o início da “reionização”. Após o Big Bang, o universo expandiu e se esfriou, permitindo que prótons e elétrons se combinassem em átomos de hidrogênio neutro. Esse gás neutro não permitia a passagem de luz, tornando o universo opaco. Somente com o nascimento das primeiras estrelas e buracos negros, que emitiram luz ultravioleta suficiente, o hidrogênio começou a ser ionizado novamente, tornando o cosmos transparente. A reionização foi um processo gradual, durando centenas de milhões de anos, e as fontes que contribuíram para essa mudança ainda são objeto de debate. Buracos negros supermassivos, ao emitir grande quantidade de energia, podem ter desempenhado um papel importante na reionização.
A descoberta de CAPERS‑LRD‑z9, com seu núcleo ativo extremamente luminoso, reforça a hipótese de que buracos negros foram agentes significativos na reionização. A radiação emitida por discos de acreção pode ionizar o gás circundante e influenciar o ambiente intergaláctico. Além disso, a energia liberada pode afetar a formação de estrelas em galáxias vizinhas, aquecendo o gás e impedindo que ele colapse. Assim, ao estudar esse buraco negro, os cientistas também investigam como as primeiras estruturas do universo se formaram e evoluíram.
Implicações para modelos de formação de buracos negros
Os modelos teóricos devem explicar como buracos negros supermassivos se formam e crescem. Duas categorias principais de cenários são consideradas: a formação por remanescentes estelares e o colapso direto. No primeiro, as primeiras estrelas (chamadas de População III) eram extremamente massivas e, ao final de suas vidas, colapsaram deixando buracos negros de dezenas ou centenas de massas solares. Esses “sementes” crescem ao longo de bilhões de anos, acumulando matéria e se fundindo com outros buracos negros. No segundo, nuvens de gás muito densas colapsam diretamente para formar um buraco negro com massa de 10⁵ – 10⁶ massas solares. Para explicar CAPERS‑LRD‑z9, muitos pesquisadores consideram plausível que sementes mais massivas estejam envolvidas, pois mesmo com crescimento rápido, partir de uma semente de algumas dezenas de massas solares não seria suficiente para atingir 300 milhões de massas solares em tão pouco tempo[16].
Além disso, estudos recentes sugerem que buracos negros podem superar temporariamente o limite de Eddington se houver mecanismos que permitam a dissipação eficiente de radiação ou geometria favorável do fluxo de gás. Simulações numéricas mostram que, sob certas condições, taxas de acreção super‑Eddington podem ocorrer, levando a crescimentos exponenciais em curtos períodos. Essas fases, aliadas à possibilidade de sementes mais massivas, fornecem um quadro que começa a acomodar a existência de buracos negros como o de CAPERS‑LRD‑z9. Ainda assim, observações adicionais são necessárias para confirmar essas hipóteses.
Instrumentação e avanços tecnológicos
A missão do JWST representa um salto tecnológico comparado aos instrumentos anteriores, como o Hubble. Seus espelhos segmentados revestidos de ouro, com um diâmetro efetivo de 6,5 metros, coletam seis vezes mais luz do que o Hubble. O telescópio opera em um ambiente extremamente frio no ponto de Lagrange L2, protegido por um enorme escudo solar de cinco camadas que o isola do calor da Terra e do Sol. O NIRSpec, usado na descoberta, é um espectrógrafo multiobjeto capaz de observar centenas de alvos simultaneamente em espectros de alta sensibilidade. O modo Prism fornece um espectro contínuo de 0,6 a 5 micrômetros com baixa resolução, ideal para detectar linhas largas em objetos fracos. A NIRCam permite identificar candidatos a galáxias distantes, enquanto a MIRI opera em comprimentos de onda mais longos, revelando a emissão de poeira e moléculas. A cooperação entre esses instrumentos foi crucial para localizar CAPERS‑LRD‑z9 e determinar suas características.
Fora do espaço, o DESI complementa essas observações com espectroscopia óptica. Instalado no telescópio Mayall de 4 metros em Kitt Peak, o instrumento usa milhares de fibras ópticas robotizadas para coletar luz de objetos específicos. Embora o DESI tenha sido concebido para mapear a energia escura através da observação de milhões de galáxias, sua capacidade espectroscópica de alta precisão é útil para calibrações e confirmações de redshift de objetos detectados pelo JWST[17]. A combinação de dados de diferentes observatórios é uma tendência da astronomia moderna, refletindo a complexidade dos fenômenos estudados.
Implicações científicas
A confirmação do buraco negro em CAPERS‑LRD‑z9 tem implicações profundas para a cosmologia e a astrofísica. Primeiramente, ela valida a eficácia do JWST e do programa CAPERS em detectar e caracterizar objetos extremamente distantes. Isso abre caminho para uma nova era de descobertas no “alvorecer cósmico”, período que antes era acessível apenas por meio de modelos teóricos e extrapolações de observações de quasares. Agora é possível investigar diretamente a estrutura e o ambiente das galáxias e buracos negros iniciais.
Em segundo lugar, a descoberta fornece evidências de que buracos negros supermassivos podem crescer muito mais rapidamente do que se pensava ou podem se formar com massas iniciais elevadas. Os modelos de formação de buracos negros precisam incorporar esses resultados, explorando mecanismos de colapso direto, fusões frequentes ou fases de acreção super‑Eddington. A existência de um objeto tão massivo tão cedo também implica que buracos negros podem ter contribuído significativamente para a reionização, alimentando a ionização do gás neutro com sua intensa radiação[18].
A ligação entre as “Little Red Dots” e buracos negros ativos levanta questões sobre a evolução das galáxias. Se essas estruturas forem precursoras de quasares, estudar objetos como CAPERS‑LRD‑z9 fornecerá informações sobre como e quando os quasares se acenderam pela primeira vez. Além disso, entender o papel da poeira e do gás nesses sistemas ajuda a explicar a diversidade de galáxias observada no universo local. A cor vermelha dessas galáxias pode indicar que estamos observando um estágio obscuro da evolução, no qual o núcleo ainda está envolto em material que eventualmente será dissipado[15][19].
Outra implicação é a necessidade de colaboração entre diferentes observatórios e missões. A combinação de dados do JWST, do DESI e de futuras missões, como o telescópio Nancy Grace Roman, permitirá construir um retrato mais completo do universo primordial. Isso é essencial para testar modelos de formação de estrutura, analisar a distribuição de matéria escura e investigar a física da energia escura. O estudo do buraco negro de CAPERS‑LRD‑z9 exemplifica como um programa focalizado em um alvo pode gerar resultados que reverberam em vários campos da astronomia.
Conclusão
A detecção e confirmação do buraco negro mais antigo já observado, no coração da galáxia CAPERS‑LRD‑z9, representa um marco na astronomia moderna. Observando um objeto cuja luz partiu há mais de 13 bilhões de anos, os astrônomos empurraram os limites tecnológicos e conceituais da ciência. A descoberta foi possível graças ao poder do telescópio espacial James Webb e à engenhosidade do programa CAPERS, que combina observações em múltiplos comprimentos de onda e técnicas avançadas de espectroscopia para revelar assinaturas de matéria em alta velocidade[20].
Esse buraco negro gigante, com até 300 milhões de massas solares, desafia as teorias tradicionais de formação e crescimento de buracos negros[21]. Sua existência sugere que processos de colapso direto ou de acreção rápida atuaram no universo primordial, e que os núcleos ativos podem ter desempenhado papel decisivo na reionização. A associação com as “Little Red Dots” indica que esses pequenos pontos vermelhos são mais complexos do que se imaginava, possivelmente representando um estágio inicial na evolução de quasares[18][13].
No horizonte, novas observações de alta resolução estão planejadas para CAPERS‑LRD‑z9 e para outras galáxias distantes. Os astrônomos esperam analisar com mais detalhes a estrutura do disco de acreção, a distribuição de poeira e a interação do buraco negro com o meio circundante. Conforme a tecnologia avança, missões futuras – incluindo telescópios espaciais infravermelhos de próxima geração e interferômetros baseados no espaço – ampliarão ainda mais nossa capacidade de observar o cosmos primitivo. Até lá, CAPERS‑LRD‑z9 continuará sendo uma referência vital para compreender como surgiram as primeiras estruturas do universo e como os buracos negros moldaram a história cósmica.
[1] [3] [4] [7] [13] [15] [16] [17] [21] Meet the Universe’s Earliest Confirmed Black Hole: A Monster at the Dawn of Time – UT Austin News – The University of Texas at Austin
[2] [8] [10] [14] Meet the universe’s oldest confirmed black hole—a monster from the dawn of time
[5] [6] [9] [11] [12] [18] [19] [20] Astronomers Spot the Earliest Confirmed Black Hole at Cosmic Dawn – Universe Today
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