Os buracos negros estão entre os objetos mais extremos do Universo. Embora não emitam luz que possa escapar do seu interior, a matéria que os rodeia pode aquecer e emitir radiação intensa enquanto é atraída pela sua gravidade. É através destes sinais que os astrónomos conseguem estudar a sua presença e atividade.
Agora, uma equipa internacional de investigadores identificou evidências de três buracos negros ativos na mesma galáxia, designada J0148-4214, observada numa fase muito antiga da história do Universo. O estudo, publicado na revista científica Astronomy & Astrophysics, recorreu a observações do Telescópio Espacial James Webb para investigar a estrutura e as propriedades destes objetos.
A descoberta é particularmente relevante porque mostra que vários buracos negros massivos poderão coexistir numa mesma galáxia numa época em que o Universo ainda era relativamente jovem.
Uma galáxia observada no Universo primordial
A galáxia J0148-4214 apresenta um desvio para o vermelho de aproximadamente 5,01672. Este valor permite determinar a época em que a luz observada foi emitida: o Universo tinha então cerca de 1,15 mil milhões de anos.
Como a luz demora tempo a viajar pelo espaço, observar galáxias tão distantes permite aos astrónomos estudar o Universo como era no passado. Neste caso, as observações oferecem uma oportunidade para investigar o crescimento dos buracos negros numa fase em que as primeiras galáxias ainda estavam a evoluir.
Os investigadores identificaram três fontes de emissão que interpretam como núcleos galácticos ativos, isto é, regiões onde buracos negros estão a atrair e a acumular matéria. Dois destes objetos encontram-se na região central da galáxia, enquanto o terceiro está localizado mais longe do núcleo.
Três buracos negros com massas diferentes
As estimativas dos investigadores apontam para massas bastante diferentes entre os três objetos.
O buraco negro principal terá cerca de 80 milhões de vezes a massa do Sol. O segundo, localizado também na região central, terá aproximadamente 630 mil massas solares. O terceiro apresenta uma massa estimada em cerca de dois milhões de vezes a massa do Sol.
Estes valores devem ser interpretados com cautela. As massas foram calculadas a partir das propriedades da emissão do gás associado aos buracos negros e de relações utilizadas habitualmente na astronomia. Os autores salientam que estes métodos apresentam grandes dúvidas, sobretudo quando aplicados a objetos do Universo primitivo.
Ainda assim, as estimativas permitem comparar os três candidatos e estudar a forma como os buracos negros de diferentes dimensões podem crescer numa galáxia jovem.
Crédito da imagem: Übler et al. (2026), Astronomy & Astrophysics, Figura 1. DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202557419.
Dois buracos negros separados por cerca de 620 anos-luz
Um dos resultados mais interessantes refere-se aos dois buracos negros identificados na região central da galáxia. Os investigadores estimaram uma separação projetada de aproximadamente 190 parsecs, o equivalente a cerca de 620 anos-luz.
Esta distância foi determinada através da análise da distribuição espacial da emissão observada. Embora os dois objetos não tenham sido separados como fontes distintas numa imagem convencional, os investigadores conseguiram distinguir as suas contribuições recorrendo a técnicas de análise espectral e espacial.
O terceiro candidato encontra-se mais afastado: a sua distância projetada em relação ao buraco negro principal é de aproximadamente 1,7 quiloparsecs, ou cerca de 5500 anos-luz.
Estas distâncias são projeções no plano do céu. Não correspondem necessariamente à separação tridimensional real entre os objetos, uma vez que a sua posição em profundidade não é conhecida com a mesma precisão.
Como foram detetados?
Para investigar a galáxia, a equipa utilizou o instrumento NIRSpec, instalado no Telescópio Espacial James Webb, através de observações de espectroscopia de campo integral.
Esta técnica permite analisar a luz recebida de diferentes regiões de um objeto astronómico e identificar as características da radiação emitida pelos elementos presentes no gás.
Um dos sinais fundamentais foi a linha H-alfa, uma emissão do hidrogénio. Os investigadores estudaram a largura e a distribuição desta linha, procurando componentes que pudessem estar associadas ao gás em movimento rápido nas proximidades dos buracos negros.
Para distinguir os dois objetos centrais, recorreram também à espectroastrometria. Esta técnica permite estimar posições com uma precisão superior à que seria possível obter apenas através da separação visual das fontes numa imagem.
A combinação destas análises confirmou a interpretação de que a emissão observada tem origem em três buracos negros ativos.
No entanto é importante esclarecer que os buracos negros não foram fotografados diretamente. A descoberta baseia-se na análise da radiação emitida pela matéria que os rodeia e na interpretação dos sinais recolhidos pelo telescópio.
O buraco negro mais pequeno poderá estar a acumular matéria a um ritmo excecional
Os investigadores analisaram também a taxa a que cada um dos três buracos negros poderá estar a acumular matéria.
Um dos resultados mais interessantes é a estimativa de que o buraco negro secundário, localizado na região central, poderá estar a apresentar acreção super-Eddington. Este termo descreve uma situação em que a luminosidade estimada ultrapassa a luminosidade de Eddington, um limite teórico de referência relacionado com o equilíbrio entre a gravidade e a pressão exercida pela radiação.
Em determinadas condições, a acreção acima deste limite pode contribuir para explicar o crescimento rápido dos buracos negros no Universo primitivo.
No entanto, a estimativa apresenta uma grande incerteza. Por isso, os investigadores não têm uma medição isenta de dúvidas sobre a taxa de acreção deste objeto.
Se a interpretação se confirmar, o resultado poderá contribuir para compreender como alguns buracos negros conseguiram atingir massas elevadas numa fase relativamente precoce da história cósmica.
Os dois buracos negros centrais poderão vir a fundir-se
A proximidade dos dois buracos negros centrais levanta outra questão: qual poderá ser o destino deste sistema?
À medida que evoluem, dois buracos negros que orbitam na mesma região podem perder energia orbital e aproximar-se progressivamente, podendo acabar por se fundir. Os cálculos discutidos pelos investigadores apontam para uma possível evolução deste tipo no sistema observado, com uma escala temporal da ordem de centenas de milhões de anos.
Esta previsão depende, contudo, dos modelos utilizados para descrever a dinâmica do sistema e não representa uma fusão observada nem uma data exata para a sua ocorrência.
A posição do terceiro buraco negro também levanta dúvidas. Poderá estar a mover-se em direção à região central, possivelmente num contexto de uma interação ou fusão entre galáxias. Outra possibilidade é ter sido deslocado do centro por um fenómeno conhecido como recuo gravitacional, que pode ocorrer quando dois buracos negros se fundem e a emissão de ondas gravitacionais produz um impulso sobre o objeto resultante.
Os dados disponíveis não permitem determinar definitivamente qual destas hipóteses explica a localização do terceiro candidato.
Uma nova peça para compreender o crescimento dos buracos negros
A identificação de três candidatos a buracos negros ativos numa galáxia do Universo primitivo acrescenta informação importante ao estudo da evolução destes objetos.
Os astrónomos procuram compreender como surgiram os primeiros buracos negros massivos, de que forma acumularam matéria e qual foi o papel das interações entre galáxias no seu crescimento. Sistemas como J0148-4214 permitem estudar várias destas questões num único objeto.
A descoberta também mostra o potencial do Telescópio Espacial James Webb para investigar estruturas que, devido à distância e à proximidade entre as fontes, seriam difíceis de distinguir com métodos convencionais.
Apesar de persistirem incertezas quanto às massas exatas, às taxas de acreção e à evolução futura do sistema, as observações fornecem evidências relevantes de que múltiplos buracos negros ativos já coexistiam numa galáxia quando o Universo tinha pouco mais de mil milhões de anos.
Com novas observações e análises, os investigadores poderão testar melhor esta interpretação e compreender se sistemas semelhantes eram comuns nas primeiras fases da evolução das galáxias.
Imagem de destaque: Representação artística de uma galáxia distante que poderá conter três buracos negros supermassivos ativos. A descoberta foi realizada através da análise de dados do Telescópio Espacial James Webb. Imagem ilustrativa, gerada por inteligência artificial.
Crédito: MPE (gerada com IA).
