Astrofísicos russos estudaram um grande buraco negro no início do Universo

Um grupo internacional de cientistas, incluindo astrofísicos do Instituto Russo de Física e Tecnologia de Moscou, estudou um blazar muito brilhante e muito distante de nossa Galáxia – um buraco negro supermassivo que emite ondas de rádio diretamente em direção à Terra. Os pesquisadores basicamente olharam para o passado, já que o sinal desse buraco negro levou 11 bilhões de anos para chegar até nós. O blazar "iluminou" os cientistas em uma época em que nosso Universo era quase 10 vezes mais jovem. Isso confirmou a teoria de que a densidade da matéria no Universo primitivo era muito maior do que é agora, o que por sua vez fortalece a teoria do Big Bang. O trabalho foi publicado no periódico Astrophysical Bulletin, publicado pelo Observatório Astrofísico Especial da Academia Russa de Ciências.

Primeiro, vamos relembrar o que são blazares e como eles diferem dos buracos negros e quasares comuns. No centro da maioria das grandes galáxias se escondem buracos negros supermassivos – objetos com massas que variam de milhões a bilhões de vezes a do nosso Sol. Quando a matéria (gás, poeira, estrelas) cai em um buraco negro, ela forma um disco de acreção – uma estrutura quente que irradia intensamente por todo o espectro eletromagnético. Os quasares são o tipo mais poderoso e luminoso de núcleo galáctico ativo. Sua luminosidade pode ser milhares de vezes maior que a luminosidade de toda a galáxia mãe, que consiste em centenas de bilhões de estrelas. Os quasares são tão brilhantes que são visíveis até mesmo nas bordas do Universo observável. Alguns quasares (existem apenas cerca de 10-15%) também são “rádio-barulhentos” – eles emitem radiação poderosa na faixa de rádio. Essa radiação é gerada em jatos – feixes estreitos de plasma ejetados das proximidades do buraco negro central a velocidades próximas à velocidade da luz. Então, esses quasares com alto nível de emissão de rádio, cujos jatos são direcionados quase exatamente para a Terra, possuindo maior brilho entre todos os tipos conhecidos de buracos negros, são chamados de blazares pelos cientistas. A variabilidade de seu brilho é observada em toda a faixa eletromagnética — desde radiação gama forte e raios X até ondas de rádio, o que permite que sejam registrados a enormes distâncias.

Conforme relatado pelo MIPT ao MK, vários grupos científicos observaram o blazar PKS 1614+051, localizado a uma distância colossal de nós – mais de 11 bilhões de anos-luz, por 27 anos. Para atingir esses objetivos, os cientistas usaram um conjunto impressionante de instrumentos de observação: o exclusivo radiotelescópio russo RATAN-600 e o Grande Telescópio Azimutal (BTA) com um 6º espelho principal, pertencente ao Observatório Astrofísico Especial da Academia Russa de Ciências, dois radiotelescópios de 32 metros RT-32 do Instituto de Astronomia Aplicada da Academia Russa de Ciências na Buriácia, um radiotelescópio de 22 metros na Crimeia RT-22, vários telescópios ópticos na Rússia e nos EUA.

A radiação que os cientistas agora recebem desta fonte foi emitida quando o Universo tinha apenas cerca de 10-15% de sua idade atual.

Alexander Popkov, pesquisador do Laboratório de Pesquisa Fundamental e Aplicada de Objetos Relativísticos do Universo do MIPT, falou sobre a pesquisa.

– O que há de interessante e incomum no blazar observado?

- Este é o objeto mais distante de nós entre os blazares bem observados. Testamos todas as hipóteses e modelos criados pelos cientistas sobre esse tipo de blazares. Também conseguimos revelar pela primeira vez por meio de análise que há uma grande nuvem de hidrogênio girando em torno deste buraco negro. Esperava-se que isso fosse exatamente o que aconteceu no início do Universo, quando ele era muito mais denso. Formou muitas novas estrelas e buracos negros, havia menos hélio e mais hidrogênio. As primeiras estrelas jovens consistiam quase inteiramente de hidrogênio. Eles eram enormes, viveram por um tempo muito curto e explodiram.

- E do que são formadas as estrelas agora?

– Nosso Sol é a terceira geração de estrelas, contém hidrogênio, muito mais hélio e elementos pesados. Outra diferença entre a nova geração de estrelas é que elas se formam com menos frequência do que a primeira geração. Isso acontece porque há muito menos matéria e nuvens de gás no espaço das quais elas podem nascer.

– Podemos dizer que ao observar o blazar PKS 1614+051, você vê o passado?

- Sim, é isso mesmo. Observamos e resumimos todas as informações recebidas sobre o assunto por diferentes grupos científicos. Combinamos dados ópticos e de radiofrequência pela primeira vez. Em particular, o fato de que o blazar emite devido à interação com o ambiente, e que esse ambiente, ou seja, a nuvem de hidrogênio localizada ao lado dele, gira muito rapidamente.

– Como esse conhecimento pode ajudar na construção de um modelo de “criação do mundo”?

– Em primeiro lugar, eles ajudarão a criar um modelo mais preciso do desenvolvimento do Universo na época do surgimento dos buracos negros supermassivos e talvez responder à questão de como a matéria escura e a energia escura foram formadas. Atualmente, existem diferentes modelos de partículas de matéria escura que interagem fracamente ou nem interagem com a matéria comum, e não sabemos se elas podem formar seus próprios aglomerados e formações.

Observar PKS 1614+051 por quase três décadas tem sido como assistir a um filme sobre a vida de um motor cósmico gigante no Universo primitivo, só que em câmera muito lenta.