Buraco negro ultramassivo de 36,3 mil milhões de massas solares em SDSS J1148+1930 pode ser o maior

Um buraco negro escondido nas profundezas do cosmos, a cerca de 5 mil milhões de anos-luz, poderá ser o mais massivo alguma vez identificado.

Novas medições indicam que a galáxia SDSS J1148+1930 alberga um verdadeiro colosso com cerca de 36,3 mil milhões de vezes a massa do nosso Sol. Este valor coloca a massa do buraco negro muito perto do limite superior prático. Para comparação, o buraco negro no centro da Via Láctea tem “apenas” 4,3 milhões de massas solares.

Pela dimensão, este objeto já nem se enquadra bem na categoria de supermassivo - o monstro é, na prática, ultramassivo.

Um buraco negro ultramassivo entre os maiores já medidos

"Este está entre os 10 buracos negros mais massivos alguma vez 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, por isso não sabemos realmente qual é o maior. No entanto, temos muito mais certeza sobre a massa deste buraco negro graças ao nosso novo método."

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 dimensão, funcionando como o centro gravitacional em torno do qual o resto da galáxia gira.

Em teoria, não existe um limite absoluto para o crescimento de um buraco negro. Na prática, porém, outras restrições - como a velocidade a que pode aumentar de massa - sugerem que a massa máxima que um buraco negro conseguiria atingir ao longo dos atuais 13,8 mil milhões de anos de existência do Universo ronda os 50 mil milhões de massas solares.

A Ferradura Cósmica e a lente gravitacional

A única forma de testar estes limites superiores é encontrando os buracos negros que os aproximam. É aqui que entra um fenómeno particularmente intrigante no céu da Terra: a Ferradura Cósmica. Trata-se de uma mancha luminosa em forma de ferradura que se arqueia em torno de um núcleo brilhante - o efeito de um alinhamento raro conhecido como lente gravitacional.

Os dois elementos do sistema - o arco e o “núcleo” - estão alinhados na mesma linha de visão, mas a diferentes distâncias. O núcleo é, na realidade, uma galáxia tão massiva que o seu campo gravitacional distorce e amplia a luz de uma fonte ainda mais distante. É essa luz ampliada que vemos como o arco.

Este tipo de amplificação permite aprender muito sobre estrelas e galáxias longínquas, mas, neste caso, o protagonista é o núcleo em primeiro plano: foi aí 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 ‘dormente’ - um que não está a acrecionar material ativamente no momento da observação", explica Melo-Carneiro. "A sua deteção baseou-se exclusivamente na sua enorme atração gravitacional e no efeito que exerce no que o rodeia."

Como se estimou a massa do buraco negro em SDSS J1148+1930

Num sistema com lente gravitacional, a amplitude do efeito de lente revela a intensidade do campo gravitacional, que está diretamente ligada à massa do objeto em primeiro plano. Como as massas dos buracos negros supermassivos são proporcionais às massas das suas galáxias, esta relação oferece uma via para estimar a massa de um buraco negro no centro de uma galáxia.

Outra ferramenta para calcular a massa de buracos negros quiescentes baseia-se na cinemática estelar - isto é, na forma como estrelas e outro material orbitam e rodam nas proximidades. No caso da Via Láctea, por exemplo, observações de longo prazo das órbitas em torno do centro galáctico confirmaram a presença do buraco negro e permitiram medir a sua massa.

A Ferradura Cósmica foi descoberta em 2007. Desde então, observações feitas em diferentes momentos permitiram aos investigadores determinar os movimentos no centro galáctico. Em conjunto com a análise do arco radial da galáxia mais distante, estes resultados forneceram aquilo que a equipa descreve como uma medição muito robusta.

Foram identificados buracos negros ainda mais pesados, mas com estimativas menos seguras. Um exemplo conhecido é o TON-618. A sua massa chegou a ser estimada em cerca de 66 mil milhões de massas solares; contudo, em 2019, esse valor foi revisto em baixa para aproximadamente 40 mil milhões de massas solares com base na cinemática galáctica.

Uma galáxia fóssil e a pista para o crescimento extremo

O que torna SDSS J1148+1930 particularmente apelativa é o facto de ser uma galáxia fóssil. Ou seja, trata-se de uma galáxia única e muito massiva que, no passado, foi um enxame de galáxias. Os investigadores defendem que, ao longo do tempo, as galáxias desse enxame - cada uma com um buraco negro supermassivo no centro - se fundiram, e os seus buracos negros acabaram por se juntar num único buraco negro com cerca de 36 mil milhões de massas solares.

Este cenário constitui uma pista importante para uma das grandes perguntas em aberto do Universo: como é que os buracos negros supermassivos conseguem tornar-se tão enormes.

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

A descoberta foi publicada nas Notícias Mensais da Sociedade Astronómica Real.