Leticia Amaral
James Webb flagra dois buracos negros a ponto de se fundir. Uma equipe internacional de astrônomos usou o Telescópio Espacial James Webb para fotografar algo que ninguém tinha visto antes: uma galáxia do universo primitivo abrigando três buracos negros supermassivos ativos ao mesmo tempo, com dois deles tão próximos que estão prestes a colidir e virar um só.
A descoberta, publicada na revista Astronomy & Astrophysics, foi feita na galáxia J0148-4214, a mais de 12,5 bilhões de anos-luz da Terra — o que significa que a luz captada pelo Webb partiu de lá quando o universo tinha menos de 1 bilhão de anos de idade.
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Uma expedição que queria achar dois e encontrou três
A história começou dois anos atrás, quando a astrônoma Hannah Übler, do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, e sua equipe saíram para mapear regiões antigas do cosmos com um objetivo modesto: localizar galáxias com pares de buracos negros. O universo entregou mais do que o pedido. Em vez de um par, apareceu um trio — o primeiro conjunto de três buracos negros supermassivos ativos já identificado em uma galáxia tão distante.
Dois desses três objetos estão a uma distância um do outro pequena o bastante para que a força gravitacional entre eles já esteja puxando um em direção ao outro. Segundo os cálculos da própria Übler, essa dança gravitacional deve terminar em fusão dentro de aproximadamente 700 milhões de anos — um piscar de olhos em termos cósmicos, ainda que soe como uma eternidade em qualquer outra escala.
Por que essa imagem só existia como suposição até agora
Praticamente toda galáxia massiva estudada até hoje tem um buraco negro supermassivo no centro, incluindo a nossa própria Via Láctea. Pares e até trios já haviam sido flagrados em galáxias relativamente próximas, mas nunca em uma tão antiga. A dificuldade não é apenas de distância: um buraco negro sozinho não emite luz, então só é possível detectá-lo pelo comportamento do material ao redor dele.
Foi exatamente essa assinatura que o instrumento de espectroscopia infravermelha do Webb conseguiu capturar. O equipamento separou os diferentes comprimentos de onda da luz vinda da galáxia e identificou linhas largas de hidrogênio se movendo a milhares de quilômetros por segundo — um padrão que, segundo o astrônomo Steven Finkelstein, da Universidade do Texas em Austin, só tem uma explicação plausível: a atração de um buraco negro supermassivo em pleno crescimento, se alimentando de gás e poeira ao redor.
Antes do Webb entrar em operação, isso seria impossível de observar. O Telescópio Espacial Hubble, antecessor do Webb, não tinha sensibilidade suficiente para captar essas assinaturas espectrais em galáxias tão remotas — na resolução do Hubble, a J0148-4214 apareceria como poucos pixels embaçados, sem qualquer chance de distinguir três núcleos separados dentro dela.
As massas dos três objetos e o mistério que eles ajudam a resolver
O menor dos três buracos negros identificados tem massa equivalente a 600 mil sóis. O maior chega a 80 milhões de massas solares. Para efeito de comparação, o buraco negro no centro da Via Láctea, Sagittarius A*, tem cerca de 4 milhões de massas solares — o que coloca o maior objeto da J0148-4214 vinte vezes acima dessa marca, e isso apenas 1 bilhão de anos depois do Big Bang.
Esse detalhe é o que torna a descoberta cientificamente relevante além da curiosidade visual. Como buracos negros supermassivos conseguiram atingir massas tão colossais tão cedo na história do universo é uma das perguntas em aberto mais discutidas da astrofísica atual. Os cientistas já entendiam como buracos negros estelares se formam: uma estrela morre, explode em supernova e colapsa em um objeto de poucas vezes a massa do Sol. O salto até massas milionárias ou bilionárias, porém, nunca teve explicação definitiva.
A imagem capturada pelo Webb sugere um caminho concreto para esse crescimento acelerado: fusões sucessivas. Se dois buracos negros gigantes conseguem se encontrar, orbitar um ao outro e colidir com relativa frequência no universo primitivo, isso ajuda a explicar como objetos tão massivos surgiram tão rápido — sem precisar recorrer a cenários mais exóticos, como buracos negros que já “nasceriam” extremamente pesados.
O que pode acontecer com o terceiro buraco negro
Enquanto dois membros do trio caminham para a fusão, o destino do terceiro ainda intriga a equipe. Julie Comerford, professora de astrofísica na Universidade do Colorado em Boulder e que não participou do estudo, apontou duas possibilidades principais: ou esse objeto acabará se juntando aos outros dois em algum momento futuro, ou ele é, na verdade, o resultado de uma fusão anterior — um buraco negro “sobrevivente” que já foi ejetado de um encontro cósmico ainda mais antigo.
Os astrônomos descartaram, por meio da análise do ambiente gasoso ao redor de cada objeto, cenários mais dramáticos, como um buraco negro expulso de sua galáxia natal em pleno processo de fusão ou lançado por uma interação gravitacional caótica entre três corpos. Um buraco negro ejetado dessa forma se moveria rápido demais e ficaria sem a nuvem de gás e poeira densa que normalmente o acompanha — e não é isso que os dados mostram.
Como essa descoberta se encaixa em um padrão que vem se repetindo
Desde que entrou em operação científica no fim de 2022, o Webb vem encontrando buracos negros supermassivos em número muito maior do que os modelos previam para o universo recém-formado. Antes do telescópio, a suposição predominante era de que esses objetos levariam bilhões de anos para atingir massas expressivas, crescendo aos poucos pela captura gradual de gás. A sequência de achados dos últimos anos derrubou essa expectativa: galáxias com apenas algumas centenas de milhões de anos já aparecem com núcleos ativos surpreendentemente pesados, um fenômeno que passou a ser tratado como padrão, não como exceção.
Hannah Übler resume essa mudança de perspectiva de forma direta: sempre se presumiu que esses buracos negros começaram a crescer ainda no universo primitivo, mas agora, pela primeira vez, os cientistas estão literalmente vendo esse crescimento acontecer em tempo real, através das imagens do Webb. A diferença entre presumir um processo e observá-lo é o que dá à J0148-4214 seu peso científico — não é mais um exercício de simulação em computador, é um sistema real capturado no exato momento da colisão gravitacional.
O que essa descoberta muda daqui para frente
Giovanni Mazzolari, pesquisador de pós-doutorado no Instituto Max Planck e coautor do estudo, resume o problema que a J0148-4214 ajuda a atacar: como esses objetos extremamente grandes e pesados conseguiram se formar em um período tão curto da história cósmica. Existem várias hipóteses concorrentes — desde buracos negros que nasceriam já com massa elevada até um ritmo de alimentação estelar muito mais rápido do que se imaginava. A nova observação reforça uma terceira via, talvez a mais simples de todas: pode ser comum, e não raro, que dois buracos negros gigantes se encontrem, dancem um em torno do outro e se fundam em um único objeto ainda mais massivo.
Achados assim vêm se multiplicando desde que o Webb começou a operar, em 2022, capturando luz que viaja havia mais de 13 bilhões de anos pelo espaço. O telescópio já havia detectado, em observações anteriores, a fusão de buracos negros mais distante já registrada, ocorrida quando o universo tinha apenas 740 milhões de anos. A diferença da J0148-4214 é o número de objetos flagrados juntos e o fato de dois deles estarem, segundo os próprios pesquisadores, “prestes” a se tornar um só — um retrato ao vivo de um processo que, até pouco tempo, só existia como modelo teórico.
Para os próprios cientistas, a expectativa agora é usar o mesmo instrumento espectroscópico do Webb em outras regiões antigas do céu, na tentativa de descobrir se sistemas de múltiplos buracos negros como esse são exceção ou regra no universo recém-formado. Se forem comuns, boa parte da história de como as galáxias mais massivas de hoje ganharam seus núcleos gigantes pode precisar ser reescrita.
Imagem do topo: Space Today
