Como o GRAVITY+ no VLT da ESO revisou a massa do quasar J0529

Olhar para os primeiros bilhões de anos do Universo obriga os cientistas a trabalhar com várias suposições. Ainda assim, quando surgem instrumentos mais potentes, essas hipóteses podem ser confirmadas - ou substituídas por explicações melhores.

Foi exatamente isso o que aconteceu com o J0529, um buraco negro supermassivo associado ao quasar mais brilhante conhecido até agora.

Um novo artigo científico, assinado por uma grande equipa de investigadores, recorreu ao instrumento GRAVITY+ no interferómetro do Telescópio Muito Grande (VLT) do Observatório Europeu do Sul (ESO) para mapear a Região de Linhas Largas (BLR) deste objeto. A partir desse mapeamento, a equipa obteve uma nova estimativa de massa: 10 vezes menor do que se calculava antes.

O quasar J0529 e a escala real da sua massa

Para contextualizar: mesmo com a revisão, a massa do J0529 continua a ser 800 milhões de vezes a massa do nosso Sol. A questão, então, é por que havia uma diferença tão grande entre a estimativa inicial, de 10 mil milhões de massas solares, e o valor atualizado.

A resposta passa por tecnologia mais precisa - neste caso, o interferómetro do VLT - que contrariou uma suposição comum adotada pela equipa que identificou o J0529. E isso traz implicações mais amplas para o modo como entendemos o tamanho de buracos negros, especialmente no Universo primitivo.

Como se estimava a massa: linhas de emissão e a suposição da “largura”

Durante muito tempo, um método padrão para estimar a massa de um buraco negro foi aproximá-la a partir do quadrado da velocidade orbital do disco de acreção, multiplicado pela distância ao buraco negro.

Quando o J0529 foi descoberto, em 2024, os investigadores já tinham a distância: cerca de 12.5 mil milhões de anos-luz, numa época em que o Universo tinha apenas 1.5 mil milhões de anos. O passo seguinte foi tentar obter a velocidade orbital do disco de acreção usando a largura das linhas de emissão.

Essas linhas de emissão são sinais no espectro gerados pela luz emitida pelo gás e pela poeira superaquecidos no disco de acreção.

O cálculo “padrão” da velocidade orbital depende de uma premissa fundamental: quanto mais “larga” for a linha de emissão, mais depressa o gás estaria a orbitar. A linha ficaria larga porque o perfil combinaria material que se move na nossa direção (deslocamento para o azul) com material que se afasta (deslocamento para o vermelho).

Quanto maior a velocidade, maior o deslocamento dessas linhas - e, portanto, mais “alargado” é o perfil observado. Como o J0529 exibia uma linha de emissão extremamente larga, concluiu-se que o gás tinha de estar a mover-se muito depressa. E, se o gás orbita tão rapidamente, então o buraco negro supermassivo no centro teria de ser extraordinariamente grande para sustentar essa dinâmica.

O que o GRAVITY+ no VLT revelou sobre a BLR do J0529

Com o GRAVITY+, que funciona como um interferómetro e aumenta muito o poder observacional do VLT ao combinar a luz dos quatro telescópios de 8 metros num único telescópio “virtual”, os investigadores conseguiram ver diretamente a Região de Linhas Largas (BLR) em torno do J0529 - a zona de nuvens que orbitam o buraco negro supermassivo.

Nessas observações, surgiu um elemento decisivo: um jato gigantesco de gás a ser lançado para longe do buraco negro a 10,000 km/s. À primeira vista, isso pode parecer contraditório, já que buracos negros são frequentemente descritos como objetos que engolem tudo ao redor e dos quais nada escapa.

No entanto, a força gravitacional extrema pode provocar perturbações enormes no material do disco de acreção. Assim, antes de esse material atravessar o horizonte de eventos, parte dele pode ser expulsa a velocidades impressionantes.

E como a velocidade com que o disco de acreção orbita o buraco negro é um componente central para calcular a sua massa, a presença de jatos e ejeções também pode distorcer as medições das massas dos buracos negros que os geram.

Foi isso o que ocorreu no caso do J0529. O jato a 10,000 km/s alargou de forma significativa as linhas espectrais que os investigadores iniciais analisavam. Eles interpretaram as linhas extremamente largas como consequência de velocidades orbitais extremas, quando, na verdade, uma parte importante do alargamento vinha de fluxos de saída que não têm relação direta com a massa do buraco negro.

Depois que esses fluxos foram observados espacialmente, a equipa pôde subtrair a contribuição deles nas linhas espectrais e recalcular a massa do J0529. O resultado ficou em apenas cerca de 10% do valor inicialmente estimado. Ainda assim, vale reforçar a escala: o J0529 continua com 800 milhões de vezes a massa do Sol.

Acreção super-Eddington, Limite de Eddington e efeitos na formação de galáxias

O estudo também acrescenta evidências a problemas difíceis da astrofísica, como a questão de como buracos negros supermassivos conseguem crescer até bilhões de vezes a massa do Sol apenas algumas centenas de milhões de anos após a Grande Explosão.

No caso do J0529, os jatos brilhantes de saída são alimentados por um processo chamado Acreção super-Eddington, em que um objeto ultrapassa o seu “Limite de Eddington”: o brilho máximo que pode emitir, dada a sua massa, sem que essa radiação expulse o material que o está a fazer crescer.

Um buraco negro pode exceder o Limite de Eddington por algum tempo. Porém, ao fazê-lo, paga um preço no longo prazo: parte do material que poderia aumentar a sua massa acaba sendo expulsa pela pressão exercida pela própria luz emitida.

Esses mesmos jatos expelidos podem influenciar fortemente a formação de galáxias, porque são capazes de travar a formação de estrelas ao longo do seu caminho e também de dispersar material para outras galáxias além daquela que originou o jato.

À medida que telescópios ainda mais poderosos entrarem em operação, será possível observar com mais detalhe o que se passa nessas galáxias distantes.

E, com sorte, essas observações permitirão não só testar as suposições que usamos para compreender o Universo, como também abrir novas pistas sobre o que ainda podemos encontrar por aí.

Esse é um dos motivos pelos quais o ciclo em que o avanço tecnológico impulsiona descobertas científicas é tão decisivo.

Este artigo foi publicado originalmente pelo Universo Hoje. Leia o artigo original.