Buraco Negro que Existia 2,1 Bilhões de Anos Após o Big Bang é Flagrado “Respirando” Gás a 36 Milhões de Graus

O que você precisa saber

• O telescópio espacial Chandra, da NASA, captou o gás extremamente quente ao redor de um buraco negro supermassivo que já existia apenas 2,1 bilhões de anos depois do Big Bang.
• Esse gás atinge cerca de 36 milhões de graus Fahrenheit (quase 20 milhões de graus Celsius) e se espalha por cerca de 100 mil anos-luz ao redor do buraco negro.
• Os cientistas acreditam ter flagrado o momento exato em que gás frio começa a esquentar e formar a primeira versão da “atmosfera” que um dia vai envolver um aglomerado inteiro de galáxias.

Imagine acender um fogão e sentir o ar ao redor da panela esquentar antes mesmo da água começar a ferver. Agora troque o fogão por um buraco negro supermassivo, a panela por uma nuvem de gás do tamanho de uma pequena galáxia, e o calor por algo perto de 36 milhões de graus Fahrenheit. É mais ou menos isso que uma equipe de astrônomos acaba de flagrar bem no coração do universo primitivo.

Usando o telescópio espacial Chandra, da NASA, um grupo liderado por pesquisadores do Instituto Nacional de Astrofísica da Itália (INAF) e da Universidade de Milão-Bicocca conseguiu enxergar, com uma nitidez inédita, o gás escaldante que envolve um buraco negro gigante que já existia quando o universo tinha apenas 2,1 bilhões de anos — bem antes de o Sol e a Terra sequer existirem.

O achado não é só mais uma foto bonita do espaço. Ele mostra, ao vivo e em raios X, um processo que os astrônomos até então só conheciam em teoria: o momento em que o gás frio que cai para dentro de uma estrutura cósmica gigante começa a esquentar e vira a primeira versão da atmosfera que, bilhões de anos depois, vai envolver aglomerados inteiros de galáxias.

E o mais curioso é como eles conseguiram enxergar isso: aproveitando uma característica rara desse buraco negro em particular, que ficou “quieto” o suficiente para não atrapalhar a observação.

Um buraco negro em um cruzamento cósmico movimentado

O buraco negro em questão fica no coração de um quasar chamado CTS G18.01, dentro de uma estrutura batizada de MQN01 — um verdadeiro nó da teia cósmica, a rede gigante de gás e matéria escura que conecta as galáxias no universo. Pense na teia cósmica como o mapa de estradas de uma cidade grande: a maioria das casas fica espalhada ao longo de ruas comuns, mas de vez em quando várias avenidas se cruzam em um cruzamento movimentado. MQN01 é um desses cruzamentos — uma região com uma quantidade incomum de buracos negros supermassivos crescendo ao mesmo tempo.

Esse quasar existia quando o universo tinha só 2,1 bilhões de anos. Para efeito de comparação, hoje o universo tem quase 13,8 bilhões de anos — ou seja, estamos olhando para uma versão dele com menos de 15% da idade atual, como se folheássemos um álbum de fotos e chegássemos direto na primeiríssima página.

Por que esse buraco negro específico foi tão útil

A maioria dos buracos negros supermassivos que devoram matéria em ritmo acelerado — os chamados quasares — é barulhenta demais para esse tipo de observação. Eles costumam disparar jatos de partículas em ondas de rádio que “contaminam” o sinal de raios X, como tentar ouvir um sussurro no meio de um show de rock. O quasar de MQN01, porém, é o que os astrônomos chamam de “rádio-quieto”: ele não solta esses jatos barulhentos, então o Chandra pôde captar o brilho de raios X do gás ao redor sem interferência.

Foi como abaixar o volume de uma banda inteira para conseguir ouvir só um sussurro específico. Para captar esse sussurro em raios X, a equipe precisou de 180 horas de observação do Chandra — mais de sete dias seguidos apontando o telescópio para o mesmo pedacinho do céu.

Como gás frio vira um forno de 36 milhões de graus

Segundo Andrea Travascio, do INAF e principal autor do estudo, a equipe ficou “extremamente cética” quando os primeiros dados chegaram — a temperatura parecia alta demais para fazer sentido. Depois de analisar tudo com cuidado, porém, a explicação térmica se confirmou.

“Acreditamos ter identificado uma fase da vida dessa estrutura em que gás frio cai em direção ao potencial gravitacional desse halo massivo e é aquecido por choques gravitacionais, alcançando temperaturas de cerca de 36 milhões de graus Fahrenheit”, explicou a equipe.

Uma boa forma de imaginar isso é pensar em uma ladeira longa e íngreme. Se você soltar uma bola de gelo no topo, ela ganha velocidade conforme desce — e, ao colidir com outras bolas lá embaixo, parte dessa energia de movimento vira calor. É basicamente o que acontece com o gás: ele “desce” atraído pela gravidade da estrutura ao redor do buraco negro e, ao se chocar com outras camadas de gás, esquenta violentamente. Sebastiano Cantalupo, da Universidade de Milão-Bicocca, resume a pergunta central da pesquisa: entender como essa fase quente se forma e o que a aquece.

O nascimento da atmosfera de um futuro aglomerado de galáxias

Esse gás gigantesco de 100 mil anos-luz de extensão e 36 milhões de graus não vai ficar do jeito que está para sempre. Segundo os pesquisadores, ele representa uma etapa inicial na formação do chamado “meio intra-aglomerado” — a nuvem de gás quentíssimo que hoje em dia envolve aglomerados de galáxias maduros, como uma espécie de atmosfera gigante que banha centenas ou milhares de galáxias ao mesmo tempo.

É como observar as primeiras nuvens se formando ao redor de um planeta que ainda está esfriando: daqui a bilhões de anos, MQN01 deve crescer e se transformar em um aglomerado de galáxias completo, e esse gás quente que o Chandra capturou hoje será, essencialmente, o esboço inicial da atmosfera que vai envolver toda essa futura cidade cósmica.

Uma vizinha intrigante no mesmo bairro cósmico

MQN01 tem guardado outras surpresas. Em uma pesquisa relacionada, também com dados do Chandra, astrônomos encontraram uma galáxia apelidada de “batata vermelha” (por sua aparência em imagens do James Webb) sendo agitada por um jato de partículas disparado por um buraco negro vizinho, a cerca de 200 mil anos-luz de distância — como um liquidificador cósmico que pode estar freando ali o nascimento de novas estrelas.

Juntos, esses achados mostram uma única região do universo primitivo onde dá para observar, ao mesmo tempo, o nascimento da atmosfera de um aglomerado de galáxias e buracos negros moldando o destino de seus vizinhos.

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

Perguntas frequentes

O que é o quasar CTS G18.01?

É um buraco negro supermassivo em rápido crescimento, localizado no coração da estrutura MQN01, que existia quando o universo tinha apenas 2,1 bilhões de anos. Ele se destaca por ser “rádio-quieto”, ou seja, não emite os jatos de rádio que normalmente atrapalhariam observações em raios X.

O que é o “meio intra-aglomerado”?

É a nuvem de gás extremamente quente que envolve aglomerados de galáxias maduros no universo atual, funcionando como uma espécie de atmosfera compartilhada por centenas de galáxias. O gás observado ao redor de MQN01 é considerado uma versão inicial, “em construção”, desse tipo de estrutura.

Por que o telescópio Chandra precisou de 180 horas para essa observação?

Porque o sinal de raios X vindo de uma estrutura tão distante e tão antiga é extremamente fraco. Quanto mais tempo o telescópio fica apontado para o mesmo alvo, mais fótons de raios X ele consegue captar, o que permite distinguir um sinal real de simples ruído estatístico.

MQN01 é o mesmo objeto da galáxia “batata vermelha”?

Não exatamente — MQN01 é o nome da estrutura maior, o “cruzamento” da teia cósmica, dentro do qual existem várias galáxias e buracos negros distintos. O quasar CTS G18.01 e a galáxia “batata vermelha” são dois objetos diferentes que habitam essa mesma vizinhança cósmica.