Uma equipe internacional de astrônomos liderada por pesquisadores da Universidade Waseda e da Universidade Tohoku identificou um quasar incomum no início do Universo que contém um dos buracos negros supermassivos em mais rápido crescimento conhecidos. Dados do Telescópio Subaru mostram uma mistura surpreendente de características. O quasar está absorvendo matéria a uma taxa excepcionalmente alta, enquanto também emite raios-X intensos e lança um jato de rádio forte. Muitas teorias existentes sugerem que essas características não devem aparecer juntas, tornando este objeto uma descoberta rara e reveladora. As observações oferecem novas informações sobre como os buracos negros supermassivos podem ter crescido tão rapidamente nos primeiros dias do Universo.
Buracos negros supermassivos, com massas variando de milhões a bilhões de vezes a do Sol, residem nos centros da maioria das galáxias. Eles aumentam de tamanho ao atrair gás circundante. À medida que esse material espirala para dentro, forma um disco de acreção rotativo e pode energizar uma região compacta de plasma extremamente quente conhecida como coroa (uma fonte-chave de raios-X). Em alguns casos, o sistema também produz um jato estreito que brilha intensamente em comprimentos de onda de rádio. Quando os buracos negros estão se alimentando ativamente e são extremamente luminosos, são conhecidos como quasars. Uma grande pergunta não respondida é como alguns desses gigantes se tornaram tão massivos tão cedo na história cósmica.
Ultrapassando o Limite de Crescimento de Buracos Negros
Uma explicação proposta para o crescimento rápido no início é a acreção super-Eddington. Sob condições normais, a radiação liberada pelo material em queda empurra para fora, limitando o quão rápido um buraco negro pode crescer. Esse limite teórico é conhecido como limite de Eddington. Certos ambientes extremos, no entanto, podem permitir que buracos negros ultrapassem esse limite por curtos períodos, levando a aumentos muito rápidos de massa.
Para investigar se esse tipo de crescimento ocorreu no início do Universo, os pesquisadores utilizaram o espectrômetro de infravermelho próximo do Telescópio Subaru (MOIRCS). Acompanhando o movimento do gás próximo ao quasar e analisando a linha de emissão de Mg II (2800 Å), eles estimaram a massa do buraco negro. Os resultados indicam um buraco negro supermassivo que existiu aproximadamente há 12 bilhões de anos e está absorvendo matéria a cerca de 13 vezes o limite de Eddington, com base em medições de raios-X.
Um Quasar que Desafia Expectativas
O que distingue este objeto é como ele se comporta em diferentes comprimentos de onda de luz. Muitos modelos teóricos preveem que durante o crescimento super-Eddington, alterações na estrutura interna do fluxo de acreção devem enfraquecer a emissão de raios-X e suprimir a atividade do jato. Em vez disso, este quasar continua brilhante em raios-X e altamente ativo em rádio ao mesmo tempo. As descobertas sugerem que o buraco negro está crescendo em um ritmo extremo, mantendo ainda uma coroa ativa e um jato poderoso. Essa combinação incomum aponta para processos físicos que os modelos atuais ainda não explicam totalmente.
A equipe sugere que o quasar pode estar sendo observado durante um breve período de transição, possivelmente após um influxo repentino de gás. Nesse cenário, um aumento rápido na quantidade de material disponível leva o buraco negro a um estado super-Eddington. Por um tempo limitado, tanto a coroa que emite raios-X quanto o jato de rádio permanecem altamente energizados antes que o sistema gradualmente se estabilize em um modo de crescimento mais típico.
Se essa interpretação estiver correta, o objeto oferece uma rara oportunidade de estudar o crescimento de buracos negros à medida que muda ao longo do tempo no início do Universo, um passo importante para explicar como buracos negros supermassivos se formaram tão rapidamente.
Implicações para a Evolução Galáctica
O forte sinal de rádio indica que o jato transporta energia suficiente para afetar seu entorno. Esses jatos podem aquecer ou interromper o gás dentro da galáxia hospedeira, potencialmente influenciando a formação de estrelas e moldando como as galáxias e seus buracos negros centrais evoluem juntos. A relação entre o crescimento super-Eddington e o feedback gerado pelo jato ainda não é bem compreendida, e este quasar fornece um ponto de referência valioso para testar novas ideias.
A autora principal, Sakiko Obuchi (Universidade Waseda), afirma:
“Esta descoberta pode nos aproximar da compreensão de como os buracos negros supermassivos se formaram tão rapidamente no início do Universo. Queremos investigar o que alimenta as emissões de raios-X e rádio incomumente fortes, e se objetos semelhantes têm estado escondidos em dados de pesquisa.”
As descobertas foram publicadas como Obuchi et al. “Descoberta de um Quasar Radio-Luminoso de Raios-X em z = 3.4: Uma Possível Fase Transitória Super-Eddington” na Astrophysical Journal em 21 de janeiro de 2026.
A pesquisa foi apoiada por subsídios de Pesquisa Científica (Nºs 25K01043, 23K13154, 22H00157), pelo Programa JST FOREST (JPMJFR2466) e por uma bolsa de pesquisa da Fundação Inamori.
O Telescópio Subaru é um grande observatório óptico-infravermelho operado pelo Observatório Nacional Astronômico do Japão, Institutos Nacionais de Ciências Naturais, com o apoio do projeto MEXT para promover grandes fronteiras científicas. A equipe reconhece e respeita a importância cultural, histórica e natural de Maunakea, no Havai, de onde estas observações foram feitas.
