Buraco Negro do Quasar J0100+2802 Interrompe Formação de Estrelas

Buracos negros supermassivos funcionam como "predadores cósmicos" que podem suprimir a formação estelar não apenas dentro de suas galáxias hospedeiras, mas também em sistemas vizinhos a milhões de anos-luz de distância. Uma nova pesquisa liderada pela University of Arizona indica que a radiação intensa emitida por buracos negros ativos — conhecidos como quasares — aquece e dispersa o gás hidrogênio molecular frio necessário para o nascimento de estrelas. Esta descoberta, publicada no The Astrophysical Journal Letters em 3 de dezembro de 2025, sugere que a evolução galáctica é um "esforço de grupo" interconectado, em vez de um processo isolado, alterando fundamentalmente nossa compreensão do crescimento do universo primitivo.

O estudo, liderado pelo pesquisador de pós-doutorado Yongda Zhu no Steward Observatory, utilizou a sensibilidade sem precedentes do Telescópio Espacial James Webb (JWST) para observar o universo distante. Ao examinar o ambiente que cerca um dos buracos negros mais massivos já descobertos, a equipe identificou uma "zona de supressão" onde a formação estelar foi significativamente prejudicada. Essa descoberta fornece uma explicação há muito procurada para o motivo pelo qual algumas galáxias primordiais parecem "mortas" ou quiescentes, apesar de residirem em ambientes ricos em gás.

O que é o quasar J0100+2802 e por que ele é importante?

O quasar J0100+2802 é um núcleo galáctico ativo hiperluminoso localizado a 12,8 bilhões de anos-luz de distância, alimentado por um buraco negro supermassivo com uma massa 12 bilhões de vezes a do Sol. Surgindo apenas 900 milhões de anos após o Big Bang, este objeto é crítico porque sua luminosidade extrema — 420 trilhões de vezes a do nosso Sol — atua como um farol cósmico, permitindo que os astrônomos investiguem as condições do meio intergaláctico durante a Época da Reionização.

As observações do J0100+2802 representam uma janela para a infância do universo, fornecendo um laboratório para estudar a coevolução de buracos negros e galáxias. Como este buraco negro é tão massivo e ativo, ele serve como um estudo de caso extremo para o feedback radiativo. A energia liberada à medida que a matéria espirala para o horizonte de eventos cria um disco giratório de gás e poeira que brilha mais do que toda a sua galáxia hospedeira, tornando-o visível através da vastidão do espaço e do tempo.

A importância do J0100+2802 reside em suas métricas recordes e em sua posição na linha do tempo cósmica:

• Massa: Aproximadamente 12 bilhões de massas solares.
• Luminosidade: Equivalente a 420 trilhões de sóis.
• Redshift: z = 6,30, datando de quando o universo tinha menos de 1 bilhão de anos.
• Distância: 12,8 bilhões de anos-luz da Terra.

Buracos negros supermassivos podem atuar como predadores cósmicos?

Buracos negros supermassivos atuam como predadores cósmicos ao emitirem radiação intensa que priva as galáxias próximas do gás frio necessário para a formação estelar. Este processo, denominado feedback intergaláctico, envolve o quasar "consumindo" a matéria local enquanto libera simultaneamente torrentes de energia que interrompem o equilíbrio ecológico da teia cósmica circundante, efetivamente matando de fome o potencial de crescimento das galáxias vizinhas.

Modelos tradicionais de evolução galáctica assumiam que as galáxias eram amplamente independentes devido às vastas distâncias entre elas. No entanto, Yongda Zhu e sua equipe na University of Arizona descobriram que um único buraco negro hiperativo pode exercer uma esfera de influência que se estende por pelo menos um milhão de anos-luz. Dentro deste raio, a radiação do quasar divide o hidrogênio molecular — o principal combustível das estrelas — em um estado ionizado que não pode colapsar sob a gravidade para formar novos corpos estelares.

Este comportamento "predatório" cria um efeito dominó em todo o ecossistema galáctico local. Assim como um predador de topo em um ambiente terrestre, o quasar central dita a população e o crescimento das "espécies" (galáxias) ao seu redor. Ao impedir o resfriamento do gás em sistemas vizinhos, o buraco negro garante que essas galáxias permaneçam pequenas e subdesenvolvidas, interrompendo prematuramente seu progresso evolutivo.

Como os dados do JWST mostram a formação estelar reprimida perto de quasares?

Os dados do JWST revelam a formação estelar reprimida por meio da medição das emissões de O III (oxigênio duplamente ionizado), que servem como um rastreador químico para a atividade estelar recente. Utilizando os instrumentos NIRCam e NIRSpec, os pesquisadores observaram que as galáxias em um raio de um milhão de anos-luz do quasar J0100+2802 mostraram sinais de O III significativamente mais fracos em relação à sua luz ultravioleta, indicando a falta de nascimento de novas estrelas.

O Telescópio Espacial James Webb foi essencial para esta descoberta porque a expansão do universo esticou a luz dessas galáxias primordiais para o espectro infravermelho. Observatórios anteriores, como o Hubble, careciam da sensibilidade infravermelha para detectar os sinais fracos de oxigênio ionizado a distâncias tão extremas. Os dados de alta resolução fornecidos pelo JWST permitiram que os pesquisadores distinguissem entre a luz do quasar e as assinaturas sutis das 117 galáxias circundantes identificadas no estudo.

Curiosamente, a equipe inicialmente pensou que o telescópio pudesse estar com defeito ao ver menos galáxias do que o esperado perto do quasar. "Ficamos intrigados", disse Zhu. "Então percebemos que as galáxias poderiam realmente estar lá, mas eram difíceis de detectar porque sua formação estelar muito recente foi suprimida". Essa supressão é evidenciada pela menor proporção de emissão de O III, o que confirma que o feedback radiativo do buraco negro alcançou e perturbou as nuvens de gás frio nesses sistemas vizinhos.

Os principais fatores tecnológicos que permitiram esta pesquisa incluem:

• Imageamento NIRCam: Capturou imagens de alta resolução de galáxias no universo primitivo.
• Espectroscopia NIRSpec: Permitiu a medição precisa de elementos químicos como oxigênio e hidrogênio.
• Sensibilidade ao Infravermelho: Superou os obstáculos do redshift que dificultavam os telescópios anteriores.
• Amplo Campo de Visão: Mapeou a distribuição de galáxias em um raio de um milhão de anos-luz.

As implicações desta pesquisa se estendem à nossa própria galáxia, a Via Láctea. Os astrônomos acreditam que nosso buraco negro central, Sagitário A*, provavelmente passou por uma fase de quasar no passado distante. Entender como quasares antigos como o J0100+2802 influenciaram seus arredores ajuda os cientistas a montar a história do nosso grupo local de galáxias e a arquitetura mais ampla da teia cósmica.

Olhando para o futuro, a equipe da University of Arizona planeja expandir seu estudo para outros campos de quasares para determinar se esse comportamento "predatório" é um traço universal de todos os buracos negros supermassivos. Se essas descobertas se confirmarem em múltiplas regiões do universo primitivo, os cientistas precisarão revisar drasticamente suas simulações de como as primeiras estruturas no cosmos se formaram. O Telescópio Espacial James Webb continuará sendo a principal ferramenta para essas investigações, revelando as camadas do tempo para mostrar como os objetos mais violentos do universo moldaram as galáxias tranquilas que observamos hoje.