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Novas evidências foram descobertas explicando como buracos negros supermassivos se formaram no primeiro bilhão de anos da vida do Universo. O estudo, conduzido por pesquisadores do INAF, analisa 21 quasares distantes e revela que esses objetos estão em uma fase de acreção extremamente rápida. Isso fornece insights valiosos sobre sua formação e evolução, juntamente com as de suas galáxias hospedeiras.
20 de novembro de 2024 – No artigo publicado hoje no periódico Astronomy & Astrophysics, novas evidências sugerem como buracos negros supermassivos, com massas de vários bilhões de vezes a do nosso Sol, se formaram tão rapidamente em menos de um bilhão de anos após o Big Bang. O estudo, liderado por pesquisadores do Instituto Nacional de Astrofísica (INAF), analisa uma amostra de 21 quasares, entre os mais distantes já descobertos, observados na banda de raios X pelos telescópios espaciais XMM-Newton e Chandra. Os resultados sugerem que os buracos negros supermassivos no centro desses quasares titânicos, os primeiros formados durante o amanhecer cósmico, podem ter atingido suas massas extraordinárias por meio de acreção muito rápida e intensa, fornecendo assim uma explicação plausível para sua existência nos estágios iniciais do Universo.
Quasares são galáxias ativas alimentadas por buracos negros supermassivos centrais (conhecidos como núcleos galácticos ativos), que emitem uma quantidade enorme de energia ao atraírem matéria. Eles são extremamente luminosos e distantes de nós. Em particular, os quasares examinados neste estudo estão entre os objetos mais distantes já observados, datando de uma época em que o Universo tinha menos de um bilhão de anos.
Neste trabalho, a análise das emissões de raios X desses objetos revelou um comportamento totalmente inesperado dos buracos negros supermassivos em seus centros: surgiu uma conexão entre o formato da emissão de raios X e a velocidade dos ventos de matéria ejetada pelos quasares. Essa relação liga a velocidade do vento, que pode atingir milhares de quilômetros por segundo, à temperatura do gás na corona, a região que emite raios X mais próxima do buraco negro. Assim, a corona acabou sendo conectada aos poderosos mecanismos de acreção do próprio buraco negro. Quasares com emissão de raios X de baixa energia e, portanto, uma temperatura mais baixa na corona, mostram ventos mais rápidos. Isso indica uma fase de crescimento altamente rápida que excede um limite físico para a acreção de matéria chamado limite de Eddington, razão pela qual essa fase é chamada de “super-Eddington”. Por outro lado, quasares com emissões de raios X de maior energia tendem a exibir ventos mais lentos.
“Nosso trabalho sugere que os buracos negros supermassivos no centro dos primeiros quasares formados dentro do primeiro bilhão de anos da vida do Universo podem ter aumentado sua massa muito rapidamente, desafiando os limites da física”, diz Alessia Tortosa, autora principal do estudo e pesquisadora do INAF em Roma. “A descoberta dessa conexão entre emissão de raios X e ventos é crucial para entender como buracos negros tão grandes poderiam ter se formado em tão pouco tempo, fornecendo assim uma pista concreta para resolver um dos maiores mistérios da astrofísica moderna.”
O resultado foi alcançado principalmente pela análise de dados coletados com o telescópio espacial XMM-Newton da Agência Espacial Europeia (ESA), que permitiu aproximadamente 700 horas de observações dos quasares. A maioria dos dados, coletados entre 2021 e 2023 como parte do Programa Multianual XMM-Newton Heritage, sob a direção de Luca Zappacosta, pesquisador do INAF em Roma, faz parte do projeto HYPERION, que visa estudar quasares hiperluminosos durante o alvorecer cósmico do Universo. A extensa campanha de observação foi liderada por uma equipe de cientistas italianos e recebeu apoio crucial do INAF, que financiou o programa, apoiando assim pesquisas de ponta sobre a dinâmica evolutiva das estruturas iniciais do Universo.
“No programa HYPERION, focamos em dois fatores-chave: por um lado, a seleção cuidadosa de quasares para observar, escolhendo os titãs, ou seja, aqueles que acumularam o máximo de massa possível, e por outro lado, o estudo aprofundado de suas propriedades em raios X, algo nunca tentado antes em um número tão grande de objetos da aurora cósmica”, diz Luca Zappacosta, pesquisador do INAF em Roma. Acertamos na loteria! Os resultados que estamos obtendo são genuinamente inesperados, e todos eles apontam para um mecanismo de crescimento super-Eddington dos buracos negros.”
FONTE:
http://www.inaf.it/en/inaf-news/hyperion-quasar-xray
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