LID-568: um buraco negro que parece alimentar-se a mais de 40 vezes o limite de Eddington

O caso de LID-568 oferece um olhar sobre um buraco negro supermassivo numa fase inicial da história cósmica. Encontra-se no centro de uma galáxia que já existia quando o universo tinha cerca de 1,5 mil milhões de anos. Em 4 de novembro de 2024, a NSF NOIRLab anunciou que uma equipa internacional tinha estudado o objeto com dados do Telescópio Espacial James Webb (JWST) e do observatório de raios X Chandra. A equipa estimou que LID-568 parece alimentar-se a uma taxa superior a 40 vezes o limite de Eddington e detetou poderosos fluxos de gás à sua volta.

De uma fonte de raios X às observações com o Webb

A equipa, liderada pela astrónoma Hyewon Suh, utilizou o Webb para observar uma amostra de galáxias selecionadas a partir do levantamento COSMOS do Chandra. LID-568 chamou a atenção devido à sua intensa emissão de raios X. No entanto, as observações do Chandra não permitiam determinar com precisão a posição da fonte, o que dificultava centrá-la no campo de visão do Webb.

Para resolver esse problema, a equipa utilizou o espectrógrafo de campo integral NIRSpec do Webb, em vez da espectroscopia tradicional de fenda. Este instrumento pode obter um espetro de cada píxel do seu campo de visão, em vez de se limitar a uma faixa estreita. Assim, as observações abrangeram tanto o alvo como a região em redor. Essa cobertura levou à deteção inesperada de poderosos fluxos de gás em torno do buraco negro central.

O Chandra e o Webb contribuíram com partes diferentes da observação: o levantamento de raios X fez com que LID-568 se destacasse na amostra, enquanto o NIRSpec possibilitou estudar espectroscopicamente uma região mais ampla em torno do objeto. Esta combinação ajudou a equipa a caracterizar uma fonte cuja posição inicial não estava bem determinada.

O que indica o limite de Eddington

O limite de Eddington descreve um equilíbrio relacionado com a luminosidade máxima que um buraco negro pode atingir e com a rapidez com que pode absorver matéria. A gravidade atrai o material para o buraco negro, enquanto a pressão para fora resulta do calor do material comprimido que cai. A estimativa comunicada pela equipa situa a alimentação de LID-568 acima desse limite: o anúncio descreve-a como superior a 40 vezes o limite de Eddington.

Este valor é uma estimativa da taxa de alimentação do objeto, não uma observação direta de cada etapa do percurso da matéria. A sua importância está em oferecer um caso concreto para estudar uma fase de acreção super-Eddington, isto é, uma alimentação que excede o limite teórico descrito por Eddington. O comunicado da NSF NOIRLab refere que observar um buraco negro supermassivo numa época tão precoce pode fornecer pistas sobre como estes objetos cresceram rapidamente.

Fluxos de gás e crescimento rápido

Os investigadores utilizaram a velocidade e o tamanho dos fluxos observados para inferir que uma parte substancial do crescimento de LID-568 poderá ter ocorrido durante um único episódio de acreção rápida. Trata-se de uma interpretação das observações, não de um registo passo a passo da história do buraco negro. A equipa propõe que uma fase de alimentação acima do limite de Eddington poderá permitir um aumento considerável de massa num episódio rápido.

O resultado também se relaciona com as ideias sobre as sementes dos buracos negros supermassivos. Os modelos mencionados pela equipa consideram sementes leves, que poderão ter origem na morte das primeiras estrelas, e sementes pesadas, que resultariam do colapso direto de nuvens de gás. Segundo a interpretação de Suh citada no anúncio, um episódio de acreção rápida poderá contribuir de forma importante para o crescimento, quer a semente inicial fosse leve, quer fosse pesada.

Os fluxos poderão ajudar a compreender como se regula uma alimentação tão intensa. A equipa propõe como possibilidade que funcionem como uma espécie de válvula de escape, libertando parte da energia excedente e impedindo que o sistema se torne demasiado instável. Esta explicação é apresentada como uma hipótese que requer mais investigação.

O que o acompanhamento poderá esclarecer

A NSF NOIRLab indicou que a equipa planeava realizar observações de acompanhamento com o Webb para investigar os mecanismos envolvidos em LID-568. Essas observações poderão contribuir para estudar a relação entre a acreção extrema e os fluxos de gás, bem como o possível papel destes últimos no sistema. A hipótese da válvula de escape e a inferência de um único episódio de crescimento são interpretações da equipa baseadas nas observações descritas.

O anúncio de 2024 indicou que os resultados foram apresentados num trabalho intitulado “A super-Eddington-accreting black hole ~1.5 Gyr after the Big Bang observed with JWST”, que, segundo a NSF NOIRLab, iria ser publicado na Nature Astronomy. No conjunto, as observações fazem de LID-568 um caso útil para estudar o crescimento rápido de buracos negros supermassivos no universo primordial: a taxa superior a 40 vezes o limite de Eddington é uma estimativa da equipa, enquanto o possível papel regulador dos fluxos continua a ser uma hipótese.