O Universo está cheio de estranhos "pequenos pontos vermelhos", e um novo estudo lança luz sobre sua possível natureza

Em 2023, o Telescópio Espacial James Webb revelou algo estranho: os confins do Universo estão cheios de "pequenos pontos vermelhos" que os astrônomos ainda não conseguem explicar direito.

Mas um novo artigo do qual sou coautor, publicado na revista científica Nature Astronomy, pode ter encontrado a chave para compreender sua natureza.

Esses pequenos pontos vermelhos podem, na verdade, ser evidências dos primeiros buracos negros supermaciços do Cosmo. E eles podem conter pistas sobre como as estrelas e as galáxias se formaram nos primeiros anos de nosso Universo.

Descobrindo o inesperado

O Telescópio Espacial James Webb é o telescópio mais poderoso já construído e tem possibilitado a descoberta de coisas que nunca antes havíamos imaginado.

Esse é o caso dos "pequenos pontos vermelhos" (little red dots, no original em inglês). Seu nome é uma simples derivação de sua aparência: eles se apresentam como pontinhos muito pequenos e compactos, de cor "vermelha" (vale lembrar que o Telescópio Espacial James Webb "enxerga" no infravermelho).

Esses objetos ficam extremamente distantes, e estão sendo observados em uma época em que o Universo tinha apenas cerca de um bilhão de anos de idade (com base no tempo que a sua luz leva para chegar até nós).

O tamanho compacto e a distância extrema dos "pequenos pontos vermelhos" significam que a maior parte de sua luz provém de uma área menor que 2% do tamanho da nossa galáxia, a Via Láctea.

Decifrando os pontos

Apesar de terem encontrado muitos desses objetos distantes, os astrônomos ainda não sabem ao certo o que eles podem ser. A teoria mais aceita atualmente é que a maioria dos pequenos pontos vermelhos sejam buracos negros supermaciços "jovens", com alguns consumindo matéria a uma taxa tão acelerada que sua "superfície" se comporta como a superfície de uma estrela (denominados "estrelas de buraco negro").

Outra teoria é que alguns são regiões de extrema formação estelar que dão origem às galáxias mais maciças do Universo.

Para ajudar a desvendar o mistério dos "pequenos pontos vermelhos", os astrônomos têm buscado respostas nas galáxias hospedeiras em que eles se encontram, tentando compreender como as galáxias e os buracos negros supermaciços crescem em conjunto.

Nosso novo artigo, liderado por Yiyang Zhang, da Universidade de Wuhan, na China, traz insights fundamentais que os astrônomos vinham buscando.

Analisando os "pequenos pontos vermelhos"

Utilizamos imagens de alta definição do Universo distante feitas pelo Telescópio Espacial James Webb que abrangem uma região do espaço com cerca de três vezes o tamanho da Lua, conhecida como região COSMOS-Web (que você pode visualizar online).

Mais de 400 pequenos pontos vermelhos foram encontrados nessa região, um número grande o suficiente para que os astrônomos possam agora desvendar os segredos das galáxias nas quais eles se encontram.

Mas medir o tamanho das galáxias hospedeiras desses "pequenos pontos vermelhos" não é uma tarefa simples. Imagine tentar ver os detalhes de cor em uma pintura com uma lanterna no centro, que brilha com uma luz vermelha intensa diretamente nos seus olhos.

Nosso trabalho utiliza então uma modelagem precisa da óptica do Telescópio Espacial James Webb para remover a luz central brilhante em cada imagem. A técnica é essencialmente como bloquear essa lanterna para ver a pintura com clareza. Nossa equipe combinou 217 dessas imagens para observar a luz da fraca galáxia hospedeira escondida nelas.

Os resultados indicam que, nos comprimentos de onda vermelhos medidos pelo telescópio, as galáxias hospedeiras representam apenas cerca de 10% da luz total dos "pequenos pontos vermelhos", sugerindo que a região central está brilhando muito mais do que a própria galáxia.

As galáxias hospedeiras também são muito pequenas, com apenas 40% do tamanho de galáxias típicas nesse estágio inicial da formação do Universo (ou cerca de 4% do tamanho da nossa Via Láctea hoje). Isso sugere que esses "pequenos pontos vermelhos" só podem se formar sob condições muito específicas, que são atípicas para a maioria das galáxias.

Medindo o número de estrelas

As estrelas mais abundantes que se formam no Universo são menores em massa e tamanho do que o nosso Sol e têm uma temperatura superficial mais baixa.

Objetos mais frios emitem luz mais avermelhada do que objetos mais quentes, assim como uma chama vermelha é mais fria do que uma chama azul.

Como resultado, as estrelas mais abundantes emitem a maior parte de sua luz nos comprimentos de onda ópticos vermelhos e no infravermelho próximo. Com base nisso, os astrônomos podem determinar o número total de estrelas em uma galáxia medindo a quantidade de luz óptica vermelha e infravermelha próxima que elas emitem.

Isso representa um desafio para os "pequenos pontos vermelhos", pois os buracos negros supermaciços em seus centros também emitem muita luz nesses comprimentos de onda.

Ao remover essa luz central, nosso estudo descobriu que as galáxias hospedeiras dos "pequenos pontos vermelhos" têm cerca de 1 bilhão de estrelas (apenas 4% do número de estrelas da nossa Via Láctea).

Ainda há uma incerteza considerável sobre qual é a massa dos buracos negros supermaciços nos "pequenos pontos vermelhos", mas estudos sugerem que ela pode variar entre 10 milhões e 1 bilhão de vezes a massa do nosso Sol. Isso implica que esses buracos negros supermaciços acumulam a maior parte de sua massa antes que a galáxia forme a maioria de suas estrelas.

Isso pode ser a chave para compreender como os buracos negros supermaciços e suas galáxias coevoluem.

Embora essa pesquisa tenha começado a revelar a natureza dos "pequenos pontos vermelhos" e de suas galáxias hospedeiras, a maneira exata pela qual eles se formam e evoluem continua sendo um mistério.

Andrew Battisti recebe financiamento do Australian Research Council.