O Telescópio Espacial James Webb encontra evidências de que os misteriosos ‘pequenos pontos vermelhos’ são estrelas de buracos negros

Os astrônomos que usam o Telescópio Espacial James Webb podem estar perto de resolver o mistério dos “pequenos pontos vermelhos” no universo primitivo. A equipa estudou um destes objetos estranhos, designado GLIMPSE-17775, encontrando evidências de que se trata de uma estrela de buraco negro – um buraco negro supermassivo que se alimenta vorazmente e que cresce, encapsulado numa densa nuvem de gás parcialmente ionizado.

Pequenos pontos vermelhos começaram a aparecer quando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) começou a enviar dados de volta à Terra no verão de 2022. Alguns cientistas disseram que eles tinham uma “cosmologia quebrada” porque aparecem em grande número cerca de 600 milhões de anos após o Big Bangmas parecem desaparecer antes que o universo atinja 2 bilhões de anos. Várias explicações para pequenos pontos vermelhos foram propostas, mas uma que emergiu como pioneira é o conceito de estrelas de buraco negro. Se existirem estrelas de buraco negro, o desaparecimento do pequeno ponto vermelho seria o resultado dos seus surtos de crescimento intensos e de curta duração que as fazem queimar – ou, porque os crescentes buracos negros supermassivos nos seus centros eventualmente eliminam o gás denso e a poeira que os obscurecem, mudando a sua aparência à medida que evoluem para ativos mais típicos. galáxias.

O problema, contudo, é que os astrónomos não conseguiram reunir provas observacionais de que os pequenos pontos vermelhos são de facto estrelas de buracos negros. Isso foi até o JWST obter imagens do pequeno ponto vermelho GLIMPSE-17775, visto apenas 1,8 bilhão de anos após o Big Bang, enquanto fazia observações do aglomerado de galáxias de lente gravitacional Abell S1063. Estes dados representam o espectro de luz mais profundo de um pequeno ponto vermelho recolhido até à data e, de acordo com esta equipa, contêm múltiplas linhas de evidência que apontam para uma estrela de buraco negro.

“Acho que parte da comunidade científica está convergindo para uma imagem singular – que pequenos pontos vermelhos podem ser explicados por modelos de estrelas de buracos negros. Mas nenhum dos pequenos pontos vermelhos anteriores tem todas as evidências no mesmo lugar”, disse Vasily Kokorev, da Universidade do Texas em Austin. disse em um comunicado. “Com o GLIMPSE-17775 podemos testar estes modelos devido ao quão profundo e surpreendente é o espectro desta fonte.”

Resolvendo o pequeno quebra-cabeça do ponto vermelho com a mão de Einstein

O JWST teve um vislumbre de GLIMPSE-17775 enquanto procurava pela primeira geração de estrelas em nosso universo, um tanto confusamente chamadas de estrelas de “População III”. O telescópio procurou estas estrelas específicas nas galáxias que compõem o aglomerado de galáxias Abell S1063.

Separadamente, Abell S1063 é um lente gravitacionalo que significa que sua enorme influência gravitacional na verdade curva a estrutura do espaço e do tempo (unidos como uma entidade única e quadridimensional chamada espaço-tempo). Isto, por sua vez, significa que um objeto “atrás” do aglomerado de galáxias que emite luz em direção ao nosso ponto de vista teria o seu caminho de luz curvado em conjunto com a curva do espaço-tempo. Isso pode criar um efeito de ampliação.

O conceito de lente gravitacional foi previsto pela primeira vez por Albert Einstein em sua teoria de relatividade gerale foi assim que os cientistas conseguiram observar GLIMPSE-17775 – essencialmente transformando 30 horas de observação em apenas cerca de 80.

“Quando vimos o espectro pela primeira vez, foi como ter todas as peças de um quebra-cabeça espalhadas pelo chão”, disse Kokorev. “Pegamos cada peça do quebra-cabeça, medimos as linhas e começamos a combinar as diferentes peças em um mosaico. Talvez algumas peças inicialmente parecessem nada, mas depois algumas delas se juntaram e percebemos que havia algo ali.”

Uma visão de muitas galáxias com lentes gravitacionais contra o fundo escuro do espaço.

O aglomerado de galáxias Abell S1063, uma lente gravitacional vista pelo JWST. (Crédito da imagem: NASA, ESA, CSA, V. Kokorev (Universidade do Texas em Austin), A. Pagan (STScI))

A equipe identificou várias linhas de evidência nas observações do JWST que indicam que o “pequeno ponto vermelho” GLIMPSE-17775 é de fato uma estrela de buraco negro. Isto inclui emissões de elementos que não estão em conformidade com o que seria esperado numa nuvem de gás em rotação. As linhas de emissão indicam, em vez disso, a dispersão de elétrons, o que é esperado quando uma fonte de radiação é envolta por um vasto e denso casulo de gás. Também indicativos de uma densa camada de gás eram sinais de fluorescência e radiação absorvente de hélio.

A equipe também viu linhas espectrais de ferro, que a equipe apelidou de “floresta de ferro”. Isso é algo esperado como resultado da produção de alta energia de um buraco negro supermassivo que se alimenta rapidamente: uma estrela de buraco negro. Se pequenos pontos vermelhos estão se acumulando rapidamente em buracos negros supermassivos envoltos por densos envelopes de gás, isso explicaria por que esses objetos misteriosos são tão fracos em raios X, já que esses casulos deveriam absorver essa radiação de alta energia.

No entanto, falta algo nas observações do GLIMPSE-17775.

Pequenos pontos vermelhos geralmente apresentam uma forte queda característica no espectro de luz que emitem, o que é conhecido como “Balmer Break”. A equipe pensa que esta característica é mais fraca para este pequeno ponto vermelho do que outras porque GLIMPSE-17775 está rodeado por uma enorme galáxia hospedeira. Os dados da equipa enquadram-se, portanto, como uma peça que faltava no puzzle dos pequenos pontos vermelhos, encaixando-se perfeitamente na nossa compreensão da evolução do Universo.

“Tudo se encaixa, nada está quebrado e acho que isso torna o quebra-cabeça que é o nosso universo ainda melhor”, concluiu Kokorev. “Olhando para o futuro, estou ansioso para mergulhar mais fundo e aprender sobre o que alimenta os motores centrais dos pequenos pontos vermelhos. Embora pensemos que é um buraco negro, existem outras teorias interessantes sendo propostas, o que é emocionante. “Talvez dentro de um ou dois anos, teremos a resposta final sobre o que alimenta estas fontes.”