A cada imagem e dado recebido do espaço profundo, percebo como a humanidade avança nas perguntas mais antigas – de onde viemos e como tudo começou? O Telescópio Espacial James Webb acaba de jogar nova luz sobre duas antigas questões do cosmos: como surgiram as galáxias e de onde vêm os buracos negros supermassivos?
Acompanhei pela spacetoday.com.br a comoção recente na comunidade científica sobre essas novas respostas. Não bastasse a expectativa em torno do mais poderoso telescópio já lançado, o universo surpreendeu de novo: buracos negros gigantescos já estavam formados quando o universo era praticamente um bebê. Isso me leva a te convidar para uma viagem pelo tempo e pelo próprio conceito de galáxia. Vamos lá?
O olhar do James Webb para as origens do universo
Desde o anúncio de sua missão, o James Webb tinha entre seus objetivos principais buscar, com imagens nítidas, as galáxias mais antigas já nascidas no cosmos. Com seus espelhos dourados e instrumentos sensíveis ao infravermelho, ele permite enxergar, literalmente, no passado – bilhões de anos atrás. Não é exagero dizer que eu mesmo me peguei boquiaberto ao ver os primeiros registros
Esses registros não mostram somente formas ou brilhos indistintos. Eles trazem pistas concretas sobre os processos que deram origem não só às galáxias, mas também aos grandes monstros gravitacionais em seus centros: os buracos negros de bilhões de massas solares.
O passado do universo está impresso na luz mais tênue.
Por que olhar tão longe vale a pena?
Penso que, ao observar as galáxias quando o universo tinha menos de 1 bilhão de anos, alcançamos as peças mais raras e delicadas do quebra-cabeça cósmico. Afinal, os astros e estruturas que surgiram nesse momento deram origem a tudo o que vemos hoje. Observar o passado é, de certo modo, entender o presente.
A surpreendente descoberta: buracos negros gigantescos nos primórdios
Eu já tinha ouvido previsões de teóricos sobre buracos negros antigos, mas a real dimensão dessas descobertas, honestamente, me pegou de surpresa. Usando o James Webb, cientistas analisaram duas galáxias distantes associadas a quasares impressionantemente brilhantes: J2236+0032 e J1512+442. Essas galáxias, vistas como eram há cerca de 800 milhões de anos após o Big Bang, já abrigavam buracos negros supermassivos e uma quantidade de estrelas surpreendente.
Esses buracos negros já tinham massas de até bilhões de vezes a do Sol antes de o universo ter completado seu primeiro bilhão de anos. Como algo tão grande surgiu tão cedo? Essa é a pergunta que me inquieta, e que também orienta os pesquisadores que conduziram esses estudos, como Masafusa Onoue e Xuheng Ding, do Waseda Institute for Advanced Study, da Wuhan University e do Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe.
O que surpreendeu os cientistas?
- Previsões anteriores indicavam que levaria muito mais tempo para buracos negros atingirem tamanhos tão extremos.
- O “crescimento acelerado” dessas galáxias rivaisse com o crescimento dos próprios buracos negros no centro.
- Mesmo em processo de “morte” (quando param de formar novas estrelas), essas galáxias ainda abrigavam buracos negros ativos.
Em palavras do próprio Onoue, “É muito inesperado encontrar galáxias tão ‘maduras’ tão cedo no universo primitivo.” E, confesso, compartilho seu sentimento. Eu não imaginava que o universo juvenil escondia gigantes adormecidos tão complexos.
O nascimento dos quasares: como tudo começou
Agora, preciso contextualizar essa história. Quando falamos desses objetos extraordinários chamados quasares, estamos falando de descobertas do século passado que mudaram nossa visão do cosmos.
Dos anos 1950 aos Núcleos Ativos de Galáxias
No final dos anos 1950, astrônomos detectaram algumas fontes de rádio intensas e enigmáticas no céu, batizadas de "quasares". No início, pensava-se que eram fontes estelares exóticas. Mas logo ficou claro: esses pontos brilhantes eram, na verdade, núcleos de galáxias extremamente distantes, com luminosidade ofuscante, posteriormente conhecidos como AGNs – Núcleos Ativos de Galáxias.
Com o avanço tecnológico das décadas seguintes, principalmente na década de 1970, evidências indicavam que havia algo ainda mais extraordinário no centro desses núcleos: regiões compactas demais para serem simplesmente uma coleção de estrelas, mas sim buracos negros com massas comparáveis a cem mil ou até centenas de bilhões de sóis.
O brilho dos quasares denuncia o apetite voraz de buracos negros antigos.
Quasares como faróis do universo distante
Sempre que paro para estudar quasares, fico impressionado por sua capacidade de funcionar como marcadores cósmicos. Eles são tão brilhantes que conseguimos vê-los mesmo quando o universo ainda era jovem. Isso me permite, como a outros pesquisadores, comparar estados diferentes das galáxias ao longo das eras.
O relacionamento improvável entre buracos negros e galáxias
Um dos temas que mais me intriga é a chamada relação entre o buraco negro central e a massa total de sua galáxia hospedeira. Realmente parece haver uma “dança” entre eles – quanto maior um, maior o outro, como se fossem parceiros hábilmente sincronizados.
Detalhes vindos de observações próximas do universo revelam padrões quase matemáticos: para galáxias elípticas massivas, a proporção se repete, sugerindo que o destino do buraco negro e da galáxia está entrelaçado desde o início de suas existências.
No entanto, admito que a origem desse relacionamento é um dos grandes mistérios não resolvidos.
Como surge esse equilíbrio?
- Buracos negros gigantes poderiam influenciar, por meio de sua gravidade e radiação, toda a galáxia ao redor.
- Ou seria o contrário? O crescimento da massa estelar “alimenta” o buraco negro central?
- Talvez ambos se ajudem a crescer, num ciclo mútuo.
A resposta ainda é incerta, embora estudos recentes, inclusive os citados por spacetoday.com.br e as mais recentes análises infravermelhas do Webb, apontem que esses vínculos estavam presentes desde muito cedo.
O enigma dos buracos negros supermassivos
Talvez o ponto alto das descobertas recentes seja o questionamento sobre como esses buracos negros de grande porte surgiram tão depressa – muito mais do que qualquer teoria clássica previu. Sinceramente, mesmo acompanhando de perto as atualizações, percebo que ninguém tem uma resposta fechada ainda.
Crescimento recorde ou origem exótica?
Os modelos mais antigos sugeriam que buracos negros partiam de núcleos estelares – restos de estrelas massivas – e gradualmente aumentavam de tamanho ao longo de bilhões de anos. Contudo, o James Webb mostrou buracos negros já crescidos, com bilhões de massas solares em menos de 800 milhões de anos após o Big Bang.
Entre as hipóteses debatidas por astrônomos e astrofísicos:
- Colapso direto de grandes nuvens de gás: sem formar estrelas, as nuvens podem colapsar diretamente em buracos negros gigantescos.
- Fusões sucessivas: galáxias e buracos negros menores se juntam frequentemente, acelerando o ganho de massa.
- Alimentação acelerada: grande fluxo de gás, talvez em ambientes com altíssima densidade, turbina a formação.
São cenários fascinantes, mas cada um esbarra em desafios teóricos ou práticos. Eu mesmo já me perguntei: será que algo fundamental sobre as leis físicas ainda nos escapa?
Investigando as galáxias do início do universo
Nesse contexto, entendo como é essencial investigar galáxias que existiram bem perto do início de tudo. Estudos liderados por Masafusa Onoue, Xuheng Ding e colaboradores miraram justamente nesse alvo: quasares que vivem a mais de 13 bilhões de anos-luz de distância. O objetivo principal: medir a massa dessas galáxias e seus buracos negros para ver se a tal relação já existia desde cedo.
Os dois quasares alvos, J2236+0032 e J1512+442, foram inicialmente detectados por telescópios como o Subaru, no Havaí. Porém, foi o espectrógrafo NIRSpec, do James Webb, que trouxe respostas detalhadas, ao analisar os comprimentos de onda emitidos pelas estrelas e pelo gás ao redor do buraco negro.
O infravermelho revela o universo escondido pela poeira e o tempo.
Resultados inesperados e suas implicações
- As galáxias já atingiam entre 40 e 60 bilhões de massas solares quanto estrelas, muito mais do que o previsto para tão pouco tempo após o Big Bang.
- Os buracos negros no centro continuavam ativos, alimentando-se do gás ao redor, mesmo em galáxias que aparentavam estar no processo de se tornarem “mortas”, ou seja, parar de formar novas estrelas.
- A quantidade de material disponível para crescimento era significativamente grande, permitindo aceleração em ambos os processos.
Essa descoberta é relevante pois desafia o modelo tradicional de “quenching” – o mecanismo pelo qual buracos negros supermassivos impediriam suas galáxias de criar estrelas, estagnando seu desenvolvimento. O esperado era que buracos negros ativos “matassem” a galáxia, empurrando-a para o estágio quiescente. Porém, segundo a pesquisa, algumas galáxias primitivas observadas com o James Webb pareciam mais massivas justamento porque a presença de buracos negros ativos e suas emissões luminosas aumentavam o brilho das galáxias.
Esse cenário muda o que sabemos sobre evolução galáctica.
O papel da cooperação internacional e os protagonistas da pesquisa
O estudo que citei, e que me deixou fascinado, envolveu equipes multidisciplinares e multicontinentes. Masafusa Onoue, por exemplo, está ligado ao Waseda Institute for Advanced Study e à Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, enquanto Xuheng Ding pesquisa na Wuhan University. Há cientistas de várias universidades asiáticas, americanas e europeias no grupo.
Cada passo da pesquisa foi possível porque internacionalizamos o estudo do universo. Digo “nós” porque, como amante da astronomia, não consigo evitar me sentir parte dessa busca coletiva que a humanidade empreende.
Sem cooperação, telescópios terrestres e espaciais não dariam conta de mapear as fronteiras do tempo cósmico.
Os enigmas atuais da cosmologia e o impacto das descobertas
Além do próprio nascimento das galáxias e buracos negros, outros dois grandes mistérios permanecem em aberto: matéria escura e energia escura. Nunca é demais lembrar que cerca de 95% do conteúdo do universo parece ser composto por “algo” que nem conseguimos ver, nem sabemos direito explicar.
Nesse sentido, considero que o James Webb, ao revelar galáxias e buracos negros em processo de crescimento num tempo recorde, oferece pistas valiosas que podem levar a avanços na explicação desses fenômenos.
- O ritmo acelerado de formação pode estar relacionado à presença ou influência da matéria escura nas primeiras estruturas do universo.
- A energia escura, envolvida na expansão acelerada do cosmos, pode ter afetado como as galáxias cresceram e se agruparam naquela época.
- Ao conhecer a distribuição de massas dos primeiros buracos negros e sistemas galácticos, podemos ajustar modelos cosmológicos e buscar anomalias que revelam novas leis físicas.
Cada buraco negro gigante é um enigma a ser decifrado – e talvez uma chave para o universo invisível.
Como a pesquisa continua?
Após esse avanço incrível, a equipe planeja observações ainda mais detalhadas, usando outros instrumentos do James Webb e comparando resultados com telescópios terrestres. O objetivo agora é entender a dinâmica dos buracos negros e de suas galáxias hospedeiras, investigando:
- Como exatamente o gás flui para o buraco negro?
- Quais mecanismos permitem que ele cresça tão rápido?
- Quando, afinal, acontece o fenômeno de quenching, tornando a galáxia “quiescente”?
- Existe um limite para o tamanho desses objetos nos primórdios do universo?
Quenching, starburst e a evolução galáctica: o quebra-cabeça ganha peças novas
Até onde entendi até agora – e não escondo meu entusiasmo – a explicação tradicional para o fim do nascimento de estrelas numa galáxia sempre envolveu os buracos negros do centro. Esse processo de “quenching” fazia sentido: a radiação e os ventos energéticos expeliam o gás interestelar, privando a galáxia da matéria-prima necessária para novas estrelas.
A galáxia então migrava do estágio "starburst" (nascimento de estrelas intenso) para um estágio estagnado, quiescente, onde só restavam estrelas antigas e pouco gás interestelar. Entretanto, ao analisar dados do James Webb, vejo que as evidências podem ser mais diversas.
Na prática, algumas galáxias aparentam ser “mortas”, mas ainda exibem buracos negros centrais muito ativos e ainda bastante brilhantes. Isso, para mim, indica que a relação entre morte galáctica e buraco negro é bem mais sutil do que se pensava.
O que estamos aprendendo de novo?
- Buracos negros podem continuar crescendo mesmo após a galáxia perder grande parte de seu gás estelar.
- As transições entre estágios “vivo” e “quiescente” provavelmente não são tão abruptas; podem coexistir por longos períodos.
- Emissões luminosas aumentadas por buracos negros ativos podem mascarar a real massa da galáxia, distorcendo medições feitas à distância – como sugerem descobertas recentes.
Isso amplia nosso conhecimento e sugere cautela ao interpretar as observações galácticas antigas.
O futuro brilhante da cosmologia infravermelha
Olhando para frente, vejo que o universo só se tornará ainda mais interessante enquanto novas gerações de telescópios, como o James Webb, coletam cada pingo de luz possível do passado cósmico. O potencial de descobertas, a cada espectro, cresce exponencialmente. Sinto aqui o mesmo frio na barriga de quem, pela primeira vez, aponta o telescópio para a imensidão estrelada.
- Podemos encontrar buracos negros ainda maiores e ainda mais antigos?
- Conseguiremos mapear com precisão o período em que as galáxias mais formavam estrelas?
- Haverá outras formas exóticas de surgimento de buracos negros, além das que conhecemos?
O universo sempre surpreende quem se propõe a olhar de verdade.
É nessa travessia entre mistério e descoberta que vejo o papel das plataformas de divulgação científica como a spacetoday.com.br, ajudando a aproximar o público dessas maravilhas, contextualizando estudos e trazendo a astronomia para mais perto do cotidiano.
A jornada cósmica: conclusão
Ao acompanhar de perto as revelações do Telescópio Espacial James Webb, percebo que o universo gosta de brincar com nossas expectativas. Buracos negros supermassivos, escondidos no coração das primeiras galáxias, desafiam teorias e abrem caminhos para novas perguntas. Não posso deixar de me encantar com a capacidade humana de espiar o passado tão remoto. As galáxias “maduras” e os buracos negros “precoces” transformam tudo que achávamos saber sobre evolução galáctica e o nascimento dos monstros gravitacionais do universo.
No fim, cada dado novo é um convite para repensar nossas certezas. E, claro, um lembrete de que nossa busca pelo entendimento do cosmos está apenas começando. Não deixe de acompanhar a spacetoday.com.br e fale conosco para conhecer mais sobre nossos serviços, conteúdos e novidades sobre astronomia e espaço. Há muito mais para descobrir, juntos!
Perguntas frequentes
O que é o telescópio James Webb?
O James Webb é um telescópio espacial lançado para observar o universo em comprimentos de onda infravermelhos, permitindo analisar luzes que viajaram bilhões de anos-luz até nós. Ele é sucessor do Hubble e foi projetado para estudar desde os primeiros momentos do cosmos até astros em formação, galáxias, buracos negros e até exoplanetas. Seu espelho principal tem mais de 6 metros de diâmetro e contém instrumentos altamente sensíveis à radiação infravermelha, fundamentais para enxergar além da poeira e captar sinais das primeiras estrelas e galáxias.
Como se formam buracos negros gigantes?
Buracos negros supermassivos provavelmente surgem a partir do colapso de grandes nuvens de gás diretamente, ou por meio do crescimento acelerado de núcleos estelares e fusões frequentes ao longo do tempo. Ainda não há consenso entre os cientistas se a origem é predominante por colapso direto, por fusões, ou por alimentação rápida em ambientes extremamente densos. As descobertas recentes com o James Webb sugerem que esses processos podem ser ainda mais rápidos e eficientes do que se pensava.
Por que as primeiras galáxias são importantes?
As primeiras galáxias ajudam a entender como surgiram as estruturas mais complexas do universo, incluindo estrelas, planetas e até a própria via Láctea. Ao estudá-las, conseguimos pistas sobre como matéria escura e energia escura influenciaram a distribuição de massa e a formação dos elementos químicos essenciais à vida. Além disso, os estágios iniciais do universo guardam segredos que podem transformar nossa compreensão sobre física fundamental.
Quais descobertas James Webb fez sobre galáxias?
Com o James Webb, foi possível encontrar galáxias massivas e buracos negros gigantescos quando o universo tinha menos de 1 bilhão de anos. Descobriu-se que essas galáxias já estavam “maduras” e podiam abrigar buracos negros extremamente ativos, o que desafia vários modelos cosmológicos anteriores. Essas descobertas também mostram que galáxias com brilho intenso nem sempre são as mais massivas, já que a presença de buracos negros ativos pode realçar o brilho da galáxia e causar interpretações iniciais equivocadas.
Como o James Webb encontra buracos negros?
O principal método do James Webb é identificar emissão infravermelha intensa, oriunda da matéria sendo aquecida e acelerada pelo buraco negro enquanto cai em seu interior. Além disso, ao analisar espectros e os movimentos do gás ao redor dos centros galácticos, os cientistas detectam desvios de velocidade e linhas de emissão específicas. Essas assinaturas permitem medir a massa do buraco negro mesmo quando ele não é “visto” diretamente, mas sim pelo efeito que exerce em tudo ao seu redor.
