Astrônomos encontram trio de buracos negros massivos em galáxia a 12,5 bilhões de anos-luz, e dois deles estão separados por apenas 620 anos-luz

Astrônomos encontraram uma configuração inédita no Universo distante: três buracos negros massivos ativos dentro da mesma galáxia, conhecida como J0148-4214. A luz desse sistema viajou mais de 12,5 bilhões de anos até chegar aos telescópios, permitindo observar uma época em que o Universo tinha cerca de 1,2 bilhão de anos. O detalhe que mais chamou atenção está no centro da galáxia, onde dois desses objetos aparecem separados por apenas 620 anos-luz.

O que existe de tão incomum na galáxia J0148-4214?

Encontrar um buraco negro massivo alimentando-se ativamente no centro de uma galáxia distante já é importante para estudar o Universo primordial. Em J0148-4214, porém, os pesquisadores identificaram três fontes distintas associadas a buracos negros que estão acumulando matéria.

O sistema apresenta uma configuração especialmente interessante:

• Um buraco negro central com cerca de 80 milhões de massas solares;
• Um segundo objeto central com aproximadamente 600 mil massas solares;
• Uma separação projetada de apenas 620 anos-luz entre os dois centrais;
• Um terceiro buraco negro com cerca de 2 milhões de massas solares;
• Uma distância aproximada de 5.500 anos-luz entre o terceiro objeto e o par central.

Como o James Webb conseguiu distinguir três buracos negros tão distantes?

Os buracos negros propriamente ditos não emitem luz. O que os denuncia é a matéria que cai em sua direção, aquece intensamente e produz radiação. Para separar as diferentes fontes, a equipe utilizou o instrumento NIRSpec do Telescópio Espacial James Webb, capaz de analisar a luz infravermelha proveniente de regiões extremamente distantes.

Os pesquisadores procuraram principalmente linhas de emissão alargadas do hidrogênio. O gás que gira em alta velocidade próximo de um buraco negro produz assinaturas espectrais características. Ao mapear essas emissões espacialmente, tornou-se possível determinar que não havia apenas uma fonte ativa escondida naquela região.

Por que a distância de apenas 620 anos-luz chamou tanta atenção?

Em escalas galácticas, 620 anos-luz representam uma separação pequena. A Via Láctea, por exemplo, possui dezenas de milhares de anos-luz de extensão. Encontrar dois buracos negros massivos tão próximos no núcleo de uma galáxia jovem indica que processos capazes de reunir esses objetos já estavam acontecendo relativamente cedo na história cósmica.

O par também é extremamente desigual. O maior possui aproximadamente 80 milhões de vezes a massa do Sol, enquanto o menor fica próximo de 600 mil massas solares. Ainda não está claro se ambos se formaram dentro do mesmo sistema ou se o menor chegou após uma antiga colisão entre galáxias.

O terceiro buraco negro foi expulso do centro da galáxia?

Essa é uma das possibilidades investigadas. O terceiro objeto aparece a cerca de 5.500 anos-luz de distância do par central, uma posição incomum para um buraco negro ativo desse tipo. Uma hipótese é que interações gravitacionais com os outros dois tenham fornecido energia suficiente para deslocá-lo para a região externa.

Outra explicação é praticamente o contrário: esse terceiro buraco negro poderia estar chegando à J0148-4214 juntamente com material de uma galáxia menor em processo de fusão. As observações atuais ainda não permitem escolher definitivamente entre esses cenários.

Os dois buracos negros centrais podem acabar se fundindo?

Os modelos indicam que sim, embora isso não deva acontecer rapidamente. Os pesquisadores estimam que o par central ainda não esteja formando um sistema gravitacionalmente ligado tão compacto quanto uma verdadeira binária de buracos negros, mas os objetos provavelmente já atravessam uma fase em que a interação com estrelas e matéria ao redor retira gradualmente energia de seus movimentos.

Esse processo pode aproximá-los progressivamente. As simulações apontam para uma possível fusão em aproximadamente 550 a 660 milhões de anos. Eventos desse tipo são importantes porque oferecem um caminho para transformar buracos negros relativamente menores em objetos cada vez mais massivos.

Por que encontrar três deles muda o que sabemos sobre o Universo jovem?

Um dos grandes problemas da astronomia é explicar como alguns buracos negros atingiram massas enormes tão cedo depois do Big Bang. Crescer apenas acumulando gás pode não ser suficiente em todos os casos. Fusões entre galáxias e, posteriormente, entre seus buracos negros oferecem uma maneira adicional de acelerar esse crescimento.

J0148-4214 oferece uma fotografia rara desse processo em uma época muito antiga. O trio sugere que encontros entre múltiplos buracos negros podem ter sido mais comuns no Universo primordial do que as observações anteriores permitiam perceber. A distância de 12,5 bilhões de anos-luz, portanto, não significa apenas que estamos vendo objetos muito remotos: significa que estamos observando uma fase em que os mecanismos responsáveis pela formação dos gigantes cósmicos ainda estavam acontecendo diante de uma galáxia jovem.