Buraco negro supermassivo foge da galáxia a 3,2 milhões de km/h, diz JWST

Astrónomos flagraram um buraco negro supermassivo disparando para longe da sua galáxia de origem a cerca de 3,2 milhões de km/h.

Atrás dele, um rasto com 200.000 anos-luz repleto de estrelas jovens assinala uma galáxia que, de repente, ficou sem o buraco negro central.

Novas observações também identificaram a onda de choque que sustenta a interpretação de que essa fuga cósmica aconteceu mesmo.

Uma assinatura de onda de choque

Na extremidade do rasto estelar, o Telescópio Espacial James Webb (JWST) registou um arco que aparentava estar comprimido e aquecido.

Ao reconstruir a geometria desse arco, o professor Pieter van Dokkum, da Universidade Yale, associou o sinal a um buraco negro em movimento.

A equipa de van Dokkum usou a forma e a dinâmica do arco para estimar uma velocidade máxima por volta de 3,5 milhões de km/h.

Uma aceleração desse nível é compatível apenas com eventos raros - por exemplo, encontros muito próximos entre vários buracos negros gigantes num núcleo galáctico em fusão.

Do Hubble ao Webb

Uma análise de um artigo, baseada em imagens de arquivo do Telescópio Espacial Hubble, apontou um traço ténue e incrivelmente rectilíneo a atravessar o espaço - ordenado demais para ser descartado como defeito de câmara.

Dados recolhidos depois indicaram que essa faixa continha estrelas jovens e gás luminoso, levando a equipa de Yale a concluir que um buraco negro com cerca de 20 milhões de vezes a massa do Sol alimentava o rasto.

Como a cena ocorreu quando o Universo tinha aproximadamente metade dos seus 13,8 mil milhões de anos, a demonstração dependia, necessariamente, de indícios indirectos.

Observações recentes com o JWST ofereceram um teste mais rigoroso, porque a luz infravermelha consegue revelar gás quente que as imagens antigas quase não mostravam.

Ondas no espaço como as de um navio

Uma pré-publicação relatou que, na ponta do rasto, a velocidade do gás muda de forma abrupta ao longo de apenas cerca de 3.000 anos-luz.

Numa entrevista, a equipa ligou esse salto repentino na velocidade do gás a uma onda de choque em proa - uma frente de gás comprimido que se forma à frente de um objecto que se desloca muito depressa.

“É um pouco como as ondas criadas por um navio”, disse van Dokkum.

Como essa frente de onda fica adiante do buraco negro, ela confirmou o movimento mesmo quando o próprio buraco negro permaneceu invisível.

Estrelas ao longo do rasto

Ao longo do caminho deixado para trás, formaram-se estrelas recentes, sugerindo que a passagem do buraco negro empurrou o gás comum para regiões mais densas.

Enquanto atravessava o meio circumgaláctico, o choque associado ao buraco negro comprimiu e aqueceu o gás para além do domínio estelar da galáxia.

Depois, ao arrefecer, esse gás conseguiu colapsar em aglomerados; além disso, as idades das estrelas aumentaram de modo gradual quanto mais longe se observava da ponta.

Com o passar do tempo, a linha de estrelas jovens também se mistura com material mais antigo, pelo que a esteira deve, aos poucos, esbater-se no fundo.

Pontapés e estilingues

Para expulsar um buraco negro é preciso um encontro extremo - e isso, em geral, começa quando galáxias colidem e os seus buracos negros centrais se aproximam.

Um artigo mostrou que o recuo por ondas gravitacionais pode lançar o objecto fundido para fora, impulsionado pela emissão desigual dessas ondas.

Confrontos de três corpos também podem ejetar um dos buracos negros, porque o par mais apertado “rouba” energia e arremessa o terceiro para o exterior.

Qualquer um dos caminhos pode deixar uma galáxia sem a sua maior âncora e ainda enviar um buraco negro veloz para o espaço intergaláctico.

Quando galáxias perdem os seus núcleos

A maioria das galáxias grandes mantém um buraco negro supermassivo no centro; por isso, uma fuga cria um tipo raro de vazio.

Uma revisão resumiu evidências de que esses buracos negros centrais acompanham o tamanho das galáxias e os seus bojos estelares.

Sem essa massa central, o gás pode acomodar-se de outra forma durante fusões, e a galáxia pode passar a formar estrelas e aglomerados num novo ritmo.

Como o buraco negro fugitivo continua a deslocar-se, ele leva a sua gravidade para outros lugares, onde pode perturbar nuvens de gás longe de qualquer galáxia.

O debate da Coruja Cósmica

Noutro cenário, o sistema apelidado de Coruja Cósmica está a cerca de 11 mil milhões de anos-luz e apresenta mais de um centro galáctico brilhante.

Entre esses centros, observadores relataram um terceiro buraco negro dentro de uma nuvem de gás - e a sua origem permaneceu em disputa.

Investigadores defenderam que o buraco negro teria mais probabilidade de ter surgido por colapso directo, quando o gás cai para dentro sem formar estrelas primeiro.

Esse desacordo é importante porque funciona como aviso: um buraco negro fora do lugar não significa, automaticamente, que ele tenha escapado.

Como encontrar mais fugitivos

Levantamentos de grande campo são cruciais, já que essas faixas são raras e muito ténues, e o JWST não consegue varrer todo o céu com rapidez.

A missão do Telescópio Espacial Roman foi concebida para mapear áreas imensas do céu numa única varredura, registando enormes quantidades de galáxias de uma vez.

O telescópio espacial Euclid, da Agência Espacial Europeia, também deve ajudar ao examinar regiões amplas do Universo, embora as suas imagens sejam menos detalhadas do que as do JWST.

“O próximo passo óbvio é procurar mais exemplos”, disse van Dokkum, e os levantamentos maiores agora tornam essa busca viável.

Prova com limites

A revisão por pares ainda separa uma imagem dramática de uma descoberta consolidada, e por isso a equipa descreveu o trabalho como provisório.

A comparação dos dados do JWST com observações anteriores do Hubble e do Keck revelou a mesma estrutura em diferentes comprimentos de onda.

Depois de analisar a imagem do JWST, o objecto foi descrito como extraordinário em quase todos os aspectos, com cada nova camada de dados reforçando essa impressão.

Mais detecções mostrarão com que frequência buracos negros são expulsos e se os seus rastos de formação estelar continuam a surgir noutras galáxias.

O que isto muda

Um buraco negro pode abandonar a sua galáxia, abrir uma cicatriz visível no gás e estimular o nascimento de estrelas longe de qualquer centro.

Levantamentos futuros devem transformar casos isolados num censo, refinando teorias sobre fusões de buracos negros e os impulsos que vêm a seguir.

Crédito da imagem: NASA, ESA, Pieter van Dokkum (Yale)