O buraco negro no pequeno ponto vermelho (LRD) Abell 2744-QSO1, observado pelo JWST no início do universo (cerca de 700 milhões de anos após o Big Bang), é um buraco negro supermassivo que cresceu até seu tamanho atual sem uma galáxia muito maior para alimentá-lo. De acordo com o modelo padrão de evolução estelar, os buracos negros se formam a partir da morte de estrelas maiores no final de suas vidas, quando esgotam seu combustível devido ao colapso do núcleo estelar. Esses buracos negros crescem em tamanho alimentando-se da matéria de uma galáxia muito maior. O buraco negro do pequeno ponto vermelho QSO1 não se encaixa nesse modelo e é inédito. Ele se forma diretamente, sem a evolução estelar padrão, ou seja, não é um remanescente do colapso do núcleo de uma grande estrela moribunda. Em vez disso, é um buraco negro de colapso direto (DCBH) ou um buraco negro primordial (PBH). Buracos negros não formados por colapso estelar já haviam sido teorizados anteriormente. Isso é uma evidência de um buraco negro que se forma por meio de um processo além da evolução estelar padrão.
Como se forma um buraco negro? De acordo com o modelo padrão de evolução estelar, os buracos negros são os produtos finais da evolução de estrelas massivas. As estrelas sofrem mudanças com o passar do tempo.
A vida de uma estrela começa em grandes nuvens interestelares de gás e poeira na galáxia, com aglomerados de gases devido à baixa temperatura em bolsões de alta densidade. Esses aglomerados gradualmente acumulam mais e mais matéria e crescem. Em algum momento, os aglomerados colapsam devido ao aumento da força gravitacional. O atrito durante o colapso aquece a matéria e uma estrela jovem nasce. Este é o estágio de protoestrela no ciclo de vida estelar. O colapso gravitacional continua, levando a um aumento gradual da temperatura e da pressão no núcleo da protoestrela. Com o tempo, a temperatura e a pressão se tornam altas o suficiente para permitir a fusão de núcleos de hidrogênio. A fusão nuclear libera uma enorme quantidade de energia que aquece a matéria o suficiente para impedir um colapso adicional sob a ação da gravidade. Este é o estágio da "sequência principal" da estrela. O hidrogênio é o principal combustível.
Quando o combustível se esgota, a fusão nuclear cessa e não há energia para aquecer os materiais e equilibrar a força gravitacional interna, fazendo com que o núcleo entre em colapso e deixe para trás um remanescente compacto. Este é o fim da estrela. A estrela morta, ou o remanescente compacto, pode ser uma anã branca, uma estrela de nêutrons ou um buraco negro , dependendo da massa da estrela original. Estrelas com massa superior a 20 massas solares (>20 M⦿) tornam-se buracos negros ao final da evolução estelar, quando o combustível se esgota. Este é o processo padrão: estrelas e galáxias se formam primeiro, e os buracos negros se formam posteriormente, como o estágio final da evolução estelar. A massa desses buracos negros é muito menor que a massa total da galáxia.
Formação não estelar de buracos negros
Buracos negros podem se formar por outros meios que não o colapso do núcleo estelar? Duas vias de formação "não estelares" foram teorizadas.
No início do universo, uma grande nuvem de gás primordial pode colapsar diretamente em um buraco negro, ignorando a formação e evolução estelar normais, dando origem ao que chamamos de Buracos Negros de Colapso Direto (DCBHs). Os outros buracos negros hipotéticos formados diretamente, sem o envolvimento da evolução estelar padrão, são os Buracos Negros Primordiais (PBHs). Os PBHs são relíquias do Big Bang, formadas nas flutuações extremas de densidade do universo primordial, logo após o Big Bang.
Buracos negros formados por canais “não estelares” são apenas teorias, sendo, portanto, hipotéticos. Mas as coisas começaram a mudar rapidamente com o lançamento do JWST em dezembro de 2021, um observatório espacial infravermelho dedicado ao estudo do universo primordial.
O Telescópio Espacial James Webb (JWST) revoluciona o estudo do universo primordial.
O JWST realizou diversas observações que desafiam nossa compreensão do universo primordial. A observação da galáxia JADES-GS-z14-0, com um desvio para o vermelho de 14.32, a torna a galáxia mais distante conhecida. Essa galáxia se formou no universo primordial, cerca de 290 milhões de anos após o Big Bang, e ainda assim é uma galáxia grande, massiva e extremamente luminosa. Também foi constatado que ela é rica em metais, o que significa que gerações de estrelas massivas já teriam completado seus ciclos de vida, do nascimento à explosão de supernova, por volta de 290 milhões de anos no universo primordial. De forma semelhante, a galáxia GS-NDG-9422, datada de cerca de um bilhão de anos após o Big Bang, apresentou uma composição química complexa, sem estrelas da População III. De acordo com o entendimento atual, a primeira geração de estrelas do universo primordial deveria ser composta por estrelas da População III, com metalicidade zero. (Em astronomia, qualquer elemento mais pesado que o hélio é considerado um metal. Elementos químicos não metálicos, como oxigênio e nitrogênio, são metais em um contexto cosmológico. As estrelas se enriquecem em metais a cada geração após o evento de supernova).
O JWST também observou buracos negros supermassivos no início do universo. Um desses buracos negros data de cerca de 700 milhões de anos após o Big Bang e tinha uma massa milhões de vezes maior que a do Sol. Tudo começou quando o JWST observou Pequenos Pontos Vermelhos (LRDs, na sigla em inglês), que foram detectados no primeiro conjunto de dados divulgado pelo telescópio em 2022. Esses objetos compactos de cor vermelha tinham espectros em forma de V e mostravam emissão de gás hidrogênio em alta velocidade.
O pequeno ponto vermelho QSO1 (ou Abell2744-QSO1)
QSO1 (ou Abell2744-QSO1) é um protótipo de Pequeno Ponto Vermelho com cerca de 1,300 anos-luz de diâmetro, localizado a uma distância de mais de 13 bilhões de anos-luz. Ele existiu no início do universo, apenas 700 milhões de anos após o Big Bang. Sua lente gravitacional é formada pelo aglomerado de galáxias Abell 2744 (Aglomerado de Pandora), o que resulta em sua imagem ampliada e tripla, aparecendo em três locais diferentes no céu. Consequentemente, QSO1 é mais fácil de estudar do que a maioria dos outros Pequenos Pontos Vermelhos.
O estudo detalhado deste Pequeno Ponto Vermelho (LPV) levou os pesquisadores a concluir que alguns buracos negros supermassivos eram enormes desde o início. Eles se formaram sem uma fase de colapso estelar e sem uma galáxia hospedeira significativamente mais massiva para alimentá-los.
QSO significa Objeto Quase-Estelar (comumente chamado de quasar).
Estudos iniciais revelaram que o QSO1 é mais do que uma nuvem de gás hidrogênio e hélio brilhante orbitando um buraco negro supermassivo com cerca de 40 milhões de vezes a massa do Sol. No entanto, havia incerteza sobre se ele realmente possuía essa massa. Isso porque, até então, todas as medições de massa de buracos negros no universo primordial eram indiretas, baseadas em suposições a partir do que sabíamos sobre eles no universo local. Não sabíamos se essas suposições realmente se aplicavam ao universo primordial.
Os pesquisadores perceberam que, se o buraco negro do quasar QSO1 for realmente tão massivo, eles deveriam ser capazes de usar a unidade de campo integral (IFU) do JWST para rastrear os efeitos de sua gravidade no gás que gira ao seu redor, além de mapear a distribuição de vários elementos nesse gás. Portanto, eles usaram as observações da IFU e mapearam os movimentos do gás hidrogênio ao redor do buraco negro.
O gráfico da velocidade de rotação em função da distância do centro revelou que o gás apresentava movimento kepleriano, o que significa que a maior parte da massa do quasar Little Red Dot QSO1 está concentrada no buraco negro central. Se a massa estivesse distribuída, o gás não orbitaria um ponto central de maneira kepleriana perfeita, da mesma forma que os planetas orbitam o Sol no sistema solar.
Dado que o movimento kepleriano é regido pelas leis da gravidade, as medições da velocidade do gás permitiram aos pesquisadores calcular diretamente a massa do buraco negro. Esta foi a primeira medição direta da massa de um buraco negro do universo primordial. Descobriu-se que o buraco negro do quasar QSO1 tem cerca de 50 milhões de massas solares. Além disso, esse buraco negro representa dois terços da massa total do QSO1. Isso é extremamente incomum, pois buracos negros supermassivos em galáxias próximas geralmente representam apenas uma pequena fração da massa total da galáxia hospedeira.
Além disso, a análise dos mapas de composição do IFU mostrou que o gás em todo o QSO1 é quase inteiramente composto de hidrogênio e hélio. Uma galáxia rica em estrelas e detritos estelares deveria ter elementos mais pesados como o oxigênio, mas o QSO1 tem uma metalicidade extremamente baixa, inferior a 0.5% da do Sol, o que implica que o QSO1 possui um ambiente galáctico muito primitivo.
A enorme massa do quasar QSO1 em relação à sua galáxia hospedeira sugere que ele não se formou a partir da fusão gradual e alimentação de buracos negros menores de massa estelar. Aparentemente, o buraco negro do Pequeno Ponto Vermelho QSO1 é anterior ao processo de evolução estelar. Ele pode ter evoluído a partir de uma semente massiva que se formou no primeiro segundo do Big Bang (buraco negro primordial) ou, um pouco mais tarde, a partir do colapso de uma nuvem gigante de gás (buraco negro de colapso direto) e pode estar nos estágios iniciais de formação de uma galáxia ao seu redor. Não é possível afirmar, neste momento, se o buraco negro supermassivo do Pequeno Ponto Vermelho QSO1 é um buraco negro primordial (PBH) ou um buraco negro de colapso direto (DCBH); no entanto, existem evidências de formação não estelar de buracos negros no universo primordial.
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Referências:
- Maiolino R., et al 2026. Um buraco negro em uma galáxia quase imaculada 700 milhões de anos após o Big Bang. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 548, Issue 1, maio de 2026, staf2109. Publicado em 06 de abril de 2026. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staf2109
- Juodžbalis, I., Marconcini, C., D'Eugenio, F. et al. Medição direta da massa de um buraco negro em um pequeno ponto vermelho em alto desvio para o vermelho. Nature 653, 1017–1021 (2026). Publicado em 27 de maio de 2026. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10579-4
- O telescópio Webb da NASA revela buraco negro que se formou antes de sua galáxia. Publicado em 27 de maio de 2026. Disponível em https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-black-hole-that-formed-before-its-galaxy/
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 Abell 2744-QS01 observed by JWST in the early universe (about 700 Myr after the Big Bang) is supermassive that has grown to its current size without a much larger galaxy to feed them. According to the Standard Model of Cosmology, black holes form from death of bigger stars at the end of their life course when they run out of fuels as a result of stellar core collapse. These black holes grow in size feeding upon matter from much larger galaxy. The black hole of Little Red Dot QSO1 is does not fit this frame and is novel. It is formed directly without standard stellar evolution, i.e., it is not a remanent of core collapse of a big dying star. Instead, it is either a direct collapse black hole (DCBH) or a primordial black hole (PBH). Black holes not formed from stellar collapse were theorised earlier, but this is first confirmation of a black hole that is formed through a process beyond the standard model of cosmology.){kind=link}