Buraco negro de 36,3 bilhões de massas solares em SDSS J1148+1930 pode ser o mais massivo já encontrado

Um buraco negro escondido 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 verdadeiro colosso: algo em torno de 36,3 bilhões de vezes a massa do nosso Sol. Esse valor deixa o objeto muito perto do limite superior prático para buracos negros. Para comparação, o buraco negro no centro da Via Láctea tem “apenas” 4,3 milhões de massas solares.

Com números desse tamanho, ele já não se encaixa bem na categoria de buraco negro supermassivo - trata-se de um buraco negro ultramassivo.

"Este está entre os 10 buracos negros mais massivos já descobertos e, muito possivelmente, é o mais massivo", diz 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 bem grandes, então não sabemos ao certo qual é o maior. No entanto, temos muito mais certeza sobre a massa deste buraco negro graças ao nosso novo método."

Buracos negros supermassivos e o teto prático de massa

Acredita-se que buracos negros supermassivos, com mais de cerca de 1 milhão de massas solares, estejam no coração de praticamente todas as galáxias de tamanho “normal”, funcionando como o centro gravitacional em torno do qual o restante da galáxia orbita.

Em teoria, não existe um limite absoluto para o quanto um buraco negro pode crescer. Na prática, porém, entram em cena restrições como a velocidade de crescimento. Elas sugerem que, dentro da idade atual do Universo - 13,8 bilhões de anos -, a massa máxima alcançável ficaria em torno de 50 bilhões de massas solares.

O problema é que esses limites só podem ser confrontados com observações se encontrarmos exemplos reais de buracos negros tão extremos. É aí que entra uma característica intrigante do céu: a Ferradura Cósmica.

A Ferradura Cósmica e a lente gravitacional

A Ferradura Cósmica aparece como um borrão luminoso em forma de ferradura, arqueado ao redor de uma mancha central brilhante - o resultado de um alinhamento raro conhecido como lente gravitacional.

Os dois elementos - o arco de luz e o brilho central - estão na mesma linha de visada, mas a distâncias diferentes. A “mancha” é, na verdade, uma galáxia tão massiva que o seu campo gravitacional distorce e amplia a luz de uma fonte ainda mais distante. Essa amplificação é o que produz o arco.

Sistemas assim permitem aprender muito sobre estrelas e galáxias remotas que acabam magnificadas. Neste caso, porém, o destaque não está no objeto ao fundo, e sim no objeto em primeiro plano: foi no “bloco” 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 impressionante.

"Esta descoberta foi feita para um buraco negro 'adormecido' - um que não está a acumular material ativamente no momento da observação", afirma Melo-Carneiro. "A deteção dependeu puramente da sua imensa atração gravitacional e do efeito que ela exerce sobre o que está ao seu redor."

Como a massa do buraco negro em SDSS J1148+1930 foi estimada

Num sistema com lente gravitacional, o quanto a imagem é distorcida indica a intensidade do campo gravitacional - e isso está ligado à massa do objeto em primeiro plano. Como as massas dos buracos negros supermassivos acompanham, de forma proporcional, as massas das suas galáxias hospedeiras, essa relação fornece um caminho para estimar a massa de um buraco negro no centro galáctico.

Outra ferramenta para pesar buracos negros inativos envolve a cinemática estelar - isto é, a forma como estrelas e outros componentes orbitam e se movem ao redor do centro. Observações de longo prazo das órbitas no centro da Via Láctea, por exemplo, confirmaram a presença do buraco negro ali e permitiram medir a sua massa.

A Ferradura Cósmica foi descoberta em 2007. As observações feitas em intervalos desde então permitiram aos investigadores reconstruir os movimentos no centro galáctico. Ao combinar esses dados com a análise do arco radial da galáxia mais distante, a equipa chegou ao que descreve como uma medição muito robusta.

Existem buracos negros reportados como ainda mais pesados, mas com medições menos seguras. Um caso famoso é o TON-618. A sua massa chegou a ser estimada em cerca de 66 bilhões de massas solares; no entanto, esse valor foi revisto em 2019 para aproximadamente 40 bilhões de massas solares com base na cinemática galáctica.

O que torna o caso de SDSS J1148+1930 particularmente interessante é o facto de ela ser classificada como uma galáxia fóssil. Trata-se de um único “bloco” galáctico enorme que, no passado, teria sido um aglomerado de galáxias. Os investigadores defendem que, com o tempo, as galáxias do aglomerado - cada uma com o seu buraco negro supermassivo central - se fundiram, e os buracos negros também acabaram por se juntar, formando um único buraco negro de 36 bilhões de massas solares.

Isso oferece uma pista importante para uma das grandes questões em aberto sobre o Universo: de que maneira buracos negros supermassivos conseguem atingir tamanhos tão extremos.

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.