Buraco negro de 36.3 bilhões de massas solares em SDSS J1148+1930 na Ferradura Cósmica

Um buraco negro localizado nas profundezas do cosmos, a cerca de 5 bilhões de anos-luz, pode ser o mais massivo já identificado.

Novas medições indicam que a galáxia SDSS J1148+1930 abriga um colosso com aproximadamente 36.3 bilhões de vezes a massa do nosso Sol. Esse valor deixa a massa do objeto muito próxima do limite superior prático. Para comparar, o buraco negro no centro da Via Láctea tem “apenas” 4.3 milhões de massas solares.

Com esse tamanho, a descoberta já não se encaixa bem no rótulo de buraco negro supermassivo - o monstro é, na verdade, ultramassivo.

"Este está entre os 10 buracos negros mais massivos já descobertos e, muito possivelmente, é o mais massivo", afirma o astrofísico Thomas Collett, da Universidade de Portsmouth, no Reino Unido.

"A maioria das outras medições de massa de buracos negros é indireta e tem incertezas bastante grandes, então não sabemos com certeza qual é o maior. No entanto, temos muito mais segurança sobre a massa deste buraco negro graças ao nosso novo método."

Buracos negros supermassivos e o limite superior de massa

Acredita-se que buracos negros supermassivos - com mais de cerca de um milhão de massas solares - se escondam no coração de todas as galáxias de grande porte, funcionando como o centro gravitacional em torno do qual o restante da galáxia orbita.

Em teoria, não existe um teto absoluto para o crescimento de um buraco negro. Na prática, porém, entram em jogo restrições como a taxa de crescimento, o que sugere que, dentro da idade atual do Universo - 13.8 bilhões de anos -, a massa máxima alcançável seria por volta de 50 bilhões de massas solares.

O problema é que só dá para confrontar esses limites encontrando os próprios buracos negros. E é aqui que entra um fenómeno particularmente intrigante observado no céu da Terra: a Ferradura Cósmica.

A Ferradura Cósmica e a lente gravitacional

A Ferradura Cósmica aparece como um arco luminoso em forma de ferradura envolvendo um “caroço” brilhante no centro - resultado de um alinhamento raro conhecido como lente gravitacional.

Nessa configuração, os dois componentes - o arco e o brilho central - ficam na mesma linha de visada, mas em distâncias diferentes. O núcleo brilhante é, na verdade, uma galáxia tão massiva que o seu campo gravitacional distorce e amplifica a luz de uma fonte ainda mais distante. Essa amplificação é o que produz o arco.

Esse tipo de ampliação permite aprender muito sobre estrelas e galáxias longínquas, mas, neste caso, o destaque é o objeto em primeiro plano: foi no “caroço” central que uma equipa de astrónomos liderada por Carlos Melo-Carneiro, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, no Brasil, identificou o buraco negro surpreendente.

"Esta descoberta foi feita para um buraco negro 'adormecido' - um que não está a acrecionar material ativamente no momento da observação", diz Melo-Carneiro. "A sua deteção baseou-se puramente na sua imensa atração gravitacional e no efeito que exerce sobre o seu entorno."

Como a massa do buraco negro foi calculada

Em sistemas com lente gravitacional, o grau de distorção do arco revela a intensidade do campo gravitacional, que está ligada à massa do objeto em primeiro plano. Como as massas dos buracos negros supermassivos são proporcionais às massas das suas galáxias, esse é um caminho para estimar a massa de um buraco negro no centro galáctico.

Outra ferramenta para determinar a massa de buracos negros “quietos” envolve a cinemática estelar - isto é, a forma como estrelas e outros materiais giram ao redor do centro. Observações de longo prazo das órbitas perto do centro da Via Láctea, por exemplo, confirmaram a existência do buraco negro ali e permitiram medir a sua massa.

A Ferradura Cósmica foi identificada em 2007. Dados recolhidos em diferentes momentos desde então permitiram aos pesquisadores determinar os movimentos presentes no centro galáctico. Ao combinar isso com a análise do arco radial da galáxia mais distante, a equipa obteve o que descreve como uma medição muito robusta.

Há buracos negros ainda mais pesados já reportados, mas com valores possivelmente menos confiáveis. Um exemplo famoso é o TON-618. A sua massa chegou a ser estimada em cerca de 66 bilhões de massas solares; no entanto, em 2019, esse número foi revisto para aproximadamente 40 bilhões de massas solares com base na cinemática galáctica.

SDSS J1148+1930 como galáxia fóssil e a formação de gigantes

O que torna a SDSS J1148+1930 ainda mais interessante é o facto de ser uma chamada galáxia fóssil. Trata-se de uma galáxia única e extremamente massiva que, no passado, teria sido um aglomerado de galáxias. Os pesquisadores propõem que, ao longo do tempo, as galáxias do aglomerado - cada uma com um buraco negro supermassivo no centro - se fundiram, e os seus buracos negros acabaram por se juntar também, formando um único buraco negro com cerca de 36 bilhões de massas solares.

Isso oferece uma pista importante para uma das grandes questões em aberto da astronomia: como buracos negros supermassivos conseguem crescer a ponto de se tornarem tão enormes.

Na Ferradura Cósmica, "estamos a ver o estado final da formação de galáxias e o estado final da formação de buracos negros", diz Collett.

A descoberta foi publicada na revista Notícias Mensais da Sociedade Astronómica Real.