"Monstros" cósmicos alimentam-se de reservatórios de gás das galáxias primordiais

Com a ajuda do Very Large Telescope do ESO os astrónomos encontraram reservatórios de gás frio em torno de algumas das galáxias mais primordiais do Universo. Um dos investigadores da equipa é português.

Esta ilustração mostra um halo de gás a circundar um quasar no Universo primordial. O quasar, a laranja, possui dois poderosos jatos e um buraco negro supermassivo no seu centro, rodeado por um disco poeirento. O halo de hidrogénio gasoso brilhante está representado a azul. Uma equipa de astrónomos observou 31 quasares vistos tal como eram há mais de 12,5 mil milhões de anos atrás, numa altura em que o Universo era ainda muito jovem, com apenas 870 milhões de anos de idade. Os astrónomos descobriram que 12 destes quasares se encontram rodeados por enormes reservatórios de gás: halos de hidrogénio gasoso denso e frio que se estendem até 100 000 anos-luz de distância dos buracos negros centrais, com milhares de milhões de massas solares. Estes depósitos de gás são a fonte de “alimento” perfeita para manter o crescimento dos buracos negros supermassivos no Universo primordial. @ESO/M. Kornmesser

Durante a Madrugada Cósmica, buracos negros supermassivos alimentaram-se de halos de gás, reservatórios de gás frio que se fixaram em torno de algumas das galáxias primordiais do Universo. Esta é a razão pela qual estes buracos negros supermassivos, verdadeiros "monstros" cósmicos, cresceram tão depressa nesse período da história do Universo.

A observação foi feita com a ajuda do Very Large Telescope do ESO, o observatório do sul da Europa, que ajuda a juntar mais uma peça no puzzle que ajuda a entender como é que as estruturas cósmicas se formaram há mais de 12 mil milhões de anos atrás. A investigação foi hoje publicada no The Astrophysical Journal, relatando o trabalho de uma equipa que envolve o investigador português Tiago Costa, que se encontra a realizar um pós-doutoramento no Instituto Max Planck de Astrofísica, em Garching bei München, na Alemanha.

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“Podemos demonstrar pela primeira vez que as galáxias primordiais dispõem de “alimento” suficiente nas suas vizinhanças para conseguirem fazer com que os buracos negros supermassivos nos seus centros cresçam ao mesmo tempo que mantêm uma formação estelar intensa,” explica Emanuele Paolo Farina, do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, na Alemanha, que liderou o trabalho de investigação.

A forma como os buracos negros supermassivos cresceram tanto e tão cedo na história do universo tem sido um mistério, e agora é possível juntar mais uma peça para compreender o fenómeno. O investigador explica que se calculava que os primeiros buracos negros, que se devem ter formado do colapso das primeiras estrelas, cresceram muito depressa, mas que, até agora, os astrónomos não tinham descoberto “comida de buraco negro” — ou seja, gás e poeira — em quantidades suficientemente elevadas para explicar este crescimento tão rápido.

Observações obtidas anteriormente com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) revelaram uma enorme quantidade de poeira e gás nestas galáxias primordiais, mas que parecia desencadear essencialmente formação estelar muito intensa, sugerindo que poderia restar muito pouco material para alimentar um buraco negro.

Quasares com milhares de milhões de anos

Foi para desvendar este mistério que Farina e a equipa de investigadores de vários países, incluindo usaram o português Tiago Costa, usaram o instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), montado no Very Large Telescope do ESO (VLT), instalado no deserto chileno do Atacama, para estudar quasares, objetos extremamente luminosos situados no centro de galáxias massivas e alimentados por buracos negros supermassivos.

Através deste estudo foram observados 31 quasares, vistos tal como eram há mais de 12,5 mil milhões de anos atrás, numa altura em que o Universo era ainda muito jovem, com apenas 870 milhões de anos de idade. Trata-se de uma das maiores amostras estudadas de quasares tão primordiais na história do Universo, refere o comunicado da ESO.

Durante a investigação os astrónomos descobriram que 12 destes quasares se encontram rodeados  por enormes reservatórios de gás. São halos de hidrogénio gasoso denso e frio que se estendem até 100.000 anos-luz de distância dos buracos negros centrais, com milhares de milhões de massas solares. A equipa descobriu também que estes halos de gás se encontram fortemente ligados às galáxias, fornecendo-lhes assim uma fonte de “alimento” perfeita para manter tanto o crescimento do buraco negro como uma formação estelar intensa.

A sensibilidade do MUSE  montado no VLT foi considerado “decisivo” no estudo de quasares. “Com apenas algumas horas de observação por alvo, conseguimos investigar os arredores dos maiores e mais esfomeados buracos negros presentes no Universo primordial,” afirma Farina.

Apesar dos quasares serem muito brilhantes, os reservatórios de gás que os circundam são muito mais difíceis de observar. Mesmo assim foi possível detectar o brilho ténue do hidrogénio gasoso nos halos, permitindo aos astrónomos descobrir finalmente estes depósitos de “comida” que alimentavam os buracos negros supermassivos no Universo primitivo.

A expectativa é de que, num futuro próximo, o Extremely Large Telescope (ELT) do ESO poderá ajudar os cientistas a revelar ainda mais detalhes sobre as galáxias e os buracos negros supermassivos que existiram nos dois primeiros milhares de milhões de anos após o Big Bang.