Alguns buracos negros engordam mais rápido que suas galáxias e desafiam a ideia de crescimento lado a lado

A relação entre buracos negros supermassivos e as galáxias que os hospedam parecia sugerir uma evolução relativamente coordenada: galáxias mais massivas tendem a possuir objetos centrais mais massivos. Observações recentes do Universo jovem, porém, revelam sistemas em que o objeto central parece grande demais para a quantidade de estrelas ao redor. Os dados não provam que todos cresceram mais rápido que suas galáxias, mas mostram que, em alguns casos, o crescimento pode ter ocorrido em ritmos muito diferentes.

Por que alguns buracos negros parecem grandes demais para suas galáxias?

Um dos exemplos mais impressionantes é MRG-M0138, uma galáxia observada como era há cerca de 10 bilhões de anos. Utilizando o Telescópio Espacial James Webb e o efeito de lente gravitacional produzido por um aglomerado em primeiro plano, astrônomos conseguiram medir diretamente a influência gravitacional de seu objeto central.

A massa estimada chegou a aproximadamente 6 bilhões de massas solares. Quando comparado à massa do bojo estelar, ele aparece cerca de 12 vezes mais massivo do que seria esperado pela relação observada em galáxias próximas. Curiosamente, sua massa combina melhor com a velocidade das estrelas no centro, indicando uma história evolutiva mais complexa.

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O que o James Webb está encontrando no Universo jovem?

O JWST também identificou numerosos núcleos galácticos ativos em épocas muito antigas, alguns deles nas chamadas “Little Red Dots”. Em parte desses objetos, estimativas sugerem relações entre massa do objeto central e massa estelar superiores às encontradas atualmente.

Essas medições, contudo, possuem incertezas. Estimar a massa de uma galáxia distante exige separar a luz produzida por estrelas daquela emitida pelo material que cai no objeto central, algo especialmente difícil em fontes compactas e brilhantes.

• Objetos centrais com milhões ou bilhões de massas solares;
• Galáxias hospedeiras relativamente pouco massivas;
• Observações feitas principalmente no infravermelho;
• Estimativas sujeitas a efeitos de seleção;
• Possíveis diferenças em relação ao Universo atual.

Este vídeo do James Webb mostra um caso relacionado:

Isso significa que os buracos negros cresceram primeiro?

É uma das interpretações possíveis, mas ainda não é a única. Um objeto central muito massivo em uma galáxia pequena pode indicar que sua fase de crescimento intenso ocorreu antes de grande parte da formação estelar. Outra possibilidade envolve sementes iniciais mais pesadas, capazes de começar sua evolução já com milhares ou dezenas de milhares de massas solares.

Também existe a hipótese de períodos de acreção extremamente eficientes, nos quais grandes quantidades de gás alcançaram rapidamente a região central. Modelos com acreção próxima ou acima do chamado limite de Eddington conseguem acelerar esse crescimento, mas não explicam necessariamente todos os sistemas observados.

O que uma galáxia distante revelou diretamente?

O caso de MRG-M0138 é especialmente importante porque sua massa não foi inferida apenas pela luminosidade de um núcleo ativo. O objeto está atualmente dormente, permitindo estudar os movimentos das estrelas e medir o efeito gravitacional provocado pela massa central.

O estudo publicado na revista Science mostrou que a relação entre massa central e massa do bojo já podia ser muito diferente da atual quando o Universo tinha apenas alguns bilhões de anos. Isso sugere que a galáxia poderia continuar acumulando estrelas posteriormente, aproximando-se da relação observada no Universo local.

O crescimento lado a lado estava errado?

Não necessariamente. As correlações observadas atualmente continuam sendo reais, mas elas descrevem o resultado acumulado de bilhões de anos de evolução. Fusões de galáxias, formação de estrelas, entrada de gás e episódios de atividade nuclear podem alterar continuamente a proporção entre a massa central e a massa estelar.

Além disso, amostras de objetos muito distantes podem favorecer fontes particularmente luminosas ou massivas. Pesquisadores estão desenvolvendo modelos que corrigem esses efeitos de seleção antes de concluir que toda a população antiga possuía objetos centrais desproporcionalmente grandes.

Por que esses buracos negros mudam nossa visão das primeiras galáxias?

Os resultados indicam que a relação atual entre galáxia e objeto central talvez não estivesse estabelecida desde o início. Em alguns sistemas, o núcleo pode ter acumulado massa rapidamente enquanto a formação estelar ainda precisava alcançar um estágio comparável.

Novas observações de buracos negros dormentes e ativos serão decisivas para distinguir exceções de um padrão realmente comum. O JWST, combinado com lentes gravitacionais e futuras observações de grandes telescópios, permitirá medir mais sistemas e testar quando a relação observada nas galáxias modernas começou a surgir.

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