Buraco Negro Antigo ‘Respira’ Gás a 36 Milhões de Graus, Revela Telescópio de Raios X

Imagine mergulhar numa piscina e sentir a água esquentando conforme você desce — não porque alguém ligou um aquecedor, mas porque a própria queda transforma energia de movimento em calor. Foi mais ou menos isso que uma equipe de astrônomos flagrou acontecendo em escala cósmica, bilhões de anos atrás, ao redor de um dos primeiros buracos negros supermassivos já observados em pleno banquete.

O protagonista da história é um quasar — um buraco negro supermassivo devorando gás tão depressa que o material ao seu redor brilha mais que uma galáxia inteira — que já existia quando o universo tinha apenas 2,1 bilhões de anos. Hoje o cosmo soma quase 13,8 bilhões de anos, então estamos falando de um retrato tirado lá no começo de tudo. Esse quasar mora no coração da MQN01, uma estrutura gigantesca ainda em formação que, no futuro distante, deve se tornar um aglomerado completo de galáxias.

Usando o telescópio espacial de raios X Chandra, da NASA, os pesquisadores passaram cerca de 180 horas observando essa região e encontraram algo que eles mesmos hesitaram em aceitar: uma nuvem de gás girando ao redor do buraco negro, aquecida a incríveis 20 milhões de graus Celsius — mais quente que o núcleo do próprio Sol.

“Estávamos inicialmente muito céticos”, admitiu o astrônomo Andrea Travascio, do Instituto Nacional de Astrofísica da Itália (INAF), que liderou o estudo. A equipe testou várias explicações alternativas antes de concluir que só uma respondia por tudo o que viam nos dados: eles haviam capturado, pela primeira vez de forma tão nítida, o exato momento em que o gás frio do universo primitivo começa a virar a atmosfera quente de um futuro aglomerado de galáxias.

Um buraco negro “respirando” fogo no universo bebê

Um quasar é o que acontece quando um buraco negro supermassivo, no centro de uma galáxia, puxa gás e poeira para perto de si numa velocidade tão grande que esse material forma um disco giratório incandescente antes de cair de vez no buraco negro. Pense num ralo de pia gigantesco: a água que está longe escoa devagar, mas perto do buraco ela gira cada vez mais rápido e esquenta por atrito. No caso de um quasar, esse “atrito” cósmico é tão violento que o disco ao redor do buraco negro pode brilhar mais do que trilhões de estrelas juntas — mesmo o buraco negro em si sendo invisível.

O que os astrônomos flagraram agora, porém, não foi o disco brilhante e already conhecido do quasar, e sim algo mais sutil: uma camada de gás bem mais afastada, se comportando como se o buraco negro estivesse “exalando” energia para o espaço ao redor. É como notar não só a fogueira em si, mas a fumaça quente que ela solta para o ambiente ao redor — só que, nesse caso, a “fumaça” tem cerca de 100 mil anos-luz de extensão, quase a largura de toda a nossa galáxia, a Via Láctea.

Como o Chandra flagrou o hálito quente do gigante

Detectar raios X vindos de uma região tão distante e tão fraca exige paciência. A equipe usou 634 mil segundos de observação do Chandra — o equivalente a 180 horas, ou uma semana inteira de telescópio apontado sem parar para o mesmo pedacinho do céu. Só assim foi possível somar fóton por fóton de raios X até formar um sinal confiável, algo como juntar gotas de chuva isoladas até perceber que, na verdade, está garoando.

Um detalhe técnico fez toda a diferença: esse quasar específico é “silencioso em rádio”, ou seja, não dispara jatos poderosos de partículas como muitos outros de sua espécie fazem. Jatos desse tipo produzem sua própria emissão de raios X, que se mistura ao sinal e atrapalha a leitura — como tentar ouvir um sussurro do outro lado da sala enquanto uma caixa de som toca no talo. Sem esse “barulho” de fundo, os cientistas conseguiram, pela primeira vez, isolar com clareza apenas o calor do gás sendo formado ao redor do buraco negro.

Por que 36 milhões de graus é tão surpreendente

A temperatura medida — cerca de 20 milhões de graus Celsius, ou 36 milhões de graus Fahrenheit — é mais alta que a do núcleo do Sol, que gira em torno de 15 milhões de graus Celsius. Ou seja: a nuvem de gás ao redor desse buraco negro distante é, na prática, mais quente que a fornalha nuclear que ilumina o nosso próprio sistema solar.

Os pesquisadores explicam essa temperatura por um processo chamado choque gravitacional: o gás frio despenca em direção ao poço gravitacional criado pela imensa massa da protoaglomeração e, ao freiar bruscamente contra o material já acumulado ali, converte toda aquela energia de movimento em calor — exatamente como um congestionamento em que carros vindo em alta velocidade se amontoam de repente, e a energia do impacto vira calor no metal amassado. Só que, aqui, em vez de metal, é gás cósmico se comprimindo e esquentando em uma escala de trilhões de quilômetros.

O nascimento da atmosfera de um aglomerado de galáxias

Aglomerados de galáxias, como os que os telescópios modernos fotografam por toda parte no universo próximo, não são só grupos de galáxias flutuando lado a lado: eles têm uma verdadeira “atmosfera” própria, feita de gás quente e difuso que ocupa o espaço entre as galáxias, chamado de meio intra-aglomerado. O que a equipe de Travascio flagrou é, essencialmente, esse meio intra-aglomerado em pleno nascimento, sendo cozinhado pela primeira vez.

Os números impressionam: a densidade e a pressão desse gás recém-formado estão de 10 a 100 vezes mais altas do que as observadas em aglomerados de galáxias do universo atual, que são muito mais velhos e já teve tempo de se espalhar e esfriar um pouco. É como comparar uma panela de pressão recém-fechada no fogo alto com a mesma panela horas depois, já aberta e em repouso na bancada — o conteúdo é parecido, mas as condições internas são drasticamente diferentes.

O quasar silencioso que tornou tudo possível

A escolha desse quasar em particular não foi por acaso. Como ele não emite jatos fortes de rádio, o time de Sebastiano Cantalupo, da Universidade de Milão-Bicocca, conseguiu aplicar aos dados técnicas de análise normalmente usadas para estudar galáxias de Seyfert — um tipo de galáxia ativa mais próxima e mais bem estudada — adaptando-as para uma distância descomunal. “Estamos diante de uma das detecções mais distantes já feitas de emissão térmica de raios X estendida, associada à formação de gás quente em regiões densas do universo”, resumiu Cantalupo.

Em outras palavras: o pipoco de rádio de outros quasares normalmente ofusca detalhes mais sutis, como se um flash de câmera muito forte estourasse a foto e escondesse tudo ao redor. Sem esse flash, a equipe pôde enxergar com nitidez um fenômeno que, até então, era só previsto em simulações de computador — nunca observado de forma tão direta e limpa.

Ceticismo, dúvidas e os próximos passos

O próprio Travascio contou que a equipe testou várias explicações alternativas para o sinal de raios X antes de aceitar a mais óbvia: que era mesmo gás quente sendo formado por choques gravitacionais. Esse tipo de ceticismo é rotina na ciência — ninguém quer anunciar uma descoberta e depois descobrir que era só um erro de instrumento ou uma fonte de contaminação não percebida.

Agora, com o resultado publicado, os pesquisadores estão vasculhando arquivos de observações de centenas de outros quasares para descobrir se essa fase de “respiração” quente é algo comum durante a formação de aglomerados de galáxias, ou se a MQN01 foi só um golpe de sorte observacional — um objeto raro captado no momento exato certo.

E não se esqueça, mantenha sempre seus olhos no céu!

Perguntas frequentes

O que é a protoaglomeração MQN01?

É uma estrutura gigantesca do universo primitivo, ainda em formação, que reúne um número incomum de buracos negros supermassivos ativos. Com o tempo, a gravidade deve unir suas galáxias em um aglomerado completo, parecido com os que vemos hoje no universo mais próximo de nós.

O que significa um quasar ser “silencioso em rádio”?

Significa que esse buraco negro não dispara jatos poderosos de partículas em ondas de rádio, como muitos quasares fazem. Isso ajudou os cientistas porque um jato desses “contaminaria” a leitura de raios X, como um alto-falante ligado atrapalhando quem tenta ouvir um sussurro do outro lado da sala.

36 milhões de graus é mais quente que o quê?

É mais quente que o núcleo do Sol, que fica perto de 27 milhões de graus Fahrenheit (15 milhões de graus Celsius). Ainda assim, é bem mais frio que o disco de gás coladinho no próprio buraco negro, que pode chegar a temperaturas ainda maiores.

Esse fenômeno deve se repetir em outros lugares do universo?

Os pesquisadores ainda não sabem ao certo. A equipe de Travascio já está analisando dados arquivados de centenas de outros quasares para descobrir se essa fase de aquecimento é comum na formação de aglomerados de galáxias ou se a MQN01 é um caso raro.

Referências

Space.com — X-ray spacecraft detects the 36-million-degree ‘breath’ of an ancient black hole
Astronomy & Astrophysics — X-ray view of a massive node of the cosmic web at z ∼ 3 – II. Discovery of extended X-ray emission around a hyperluminous quasar
Media INAF — Così respiravano i giganti del cosmo