Pareciam simples manchas vermelhas.
Durante anos, os astrônomos olharam para esses objetos fracos e compactos – apelidados de “pequenos pontos vermelhos” ou LRDs – e coçaram a cabeça. Eles surgiram em pesquisas de campo profundo, brilhantes e intrigantes, quando o universo tinha apenas 10% de sua idade atual e então desapareceu misteriosamente. Agora, dados do Telescópio Espacial James Webb sugerem que estes não são apenas pontos vermelhos. São sistemas complexos. E eles têm “pequenos companheiros azuis”.
Esta nova explicação muda a forma como podemos entender o nascimento de buracos negros supermassivos. Também esclarece como as primeiras galáxias cresceram tão rápido, tão grandes, tão cedo.
O Mistério dos Pequenos Pontos Vermelhos
Para esclarecer a linha do tempo: os LRDs aparecem em dados de quando o universo tinha apenas cerca de 600 milhões de anos. Eles brilham intensamente e desaparecem cerca de um bilhão de anos depois. Antes do JWST, esses objetos eram difíceis de definir. A sensibilidade infravermelha do telescópio, no entanto, captou-os claramente.
Mas o que são eles?
Os modelos tradicionais sugeriam que se tratavam de aglomerados estelares massivos ou buracos negros activos que se alimentavam de gás. O problema? Os dados não se encaixavam perfeitamente. O espectro de luz era estranho. Houve um brilho óptico vermelho brilhante, uma queda no meio causada pela absorção do hidrogênio em certos comprimentos de onda e, em seguida, luz ultravioleta (UV) novamente.
Um único objeto não deve emitir essa assinatura específica. A menos, é claro, que duas coisas diferentes fossem responsáveis.
A Teoria do Companheiro Azul
Um novo estudo publicado no The Astrophysical Journal Letters propõe uma mudança radical. O “ponto vermelho” não é tudo. Muitas vezes é combinado com um vizinho brilhante e com brilho UV.
Josephine Baggen, a primeira autora do estudo e astrônoma de Yale, disse de forma simples.
“O aspecto mais surpreendente… é que esses pequenos pontos vermelhos não são apenas ‘pontos vermelhos’, há uma emissão mais complexa nas proximidades”, disse ela.
Em uma amostra de 83 LRDS fotografados pelo JWST, os pesquisadores descobriram que 36 hospedavam esses companheiros UV. Entre os LRDs mais brilhantes, mais de 80% tinham um parceiro.
Esses companheiros não são apenas ruídos de fundo. São enormes – variando entre centenas de milhões e milhares de milhões de vezes a massa do nosso Sol. Provavelmente são aglomerados estelares densos e primitivos ou pequenas protogaláxias.
Então, como um gigante azul ajuda a criar um ponto vermelho?
Colapso das Nuvens de Gás
Normalmente, nuvens frias de gás molecular no início do universo se fragmentam. Eles se aglomeram, colapsam sob a gravidade e eventualmente se iluminam como estrelas. É um processo confuso e fragmentado.
Mas a radiação UV destes companheiros azuis muda as regras.
De acordo com o estudo, o intenso fluxo UV do aglomerado de estrelas companheiras inunda as nuvens de gás circundantes. Esta radiação aquece o gás e interrompe a fragmentação habitual. Em vez de se desintegrar em muitas estrelas mais pequenas, a enorme nuvem de gás permanece intacta.
Ele continua desmoronando.
Sem o mecanismo de fragmentação para desacelerá-la, a nuvem se comprime em um objeto exótico e incrivelmente denso. Pense em uma “estrela de buraco negro”. Ele ignora totalmente a explosão da supernova. Ele entra em colapso diretamente em um buraco negro, provavelmente enorme, com algo entre 100.000 e 1 milhão de massas solares.
Estas são as “sementes” que faltam.
Resolvendo o quebra-cabeça do buraco negro
Por que isso importa? Porque temos uma lacuna em nossa história cósmica. Vemos buracos negros supermassivos em quasares apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang. Eles são grandes demais para terem crescido a partir de buracos negros de massa estelar padrão em tão pouco tempo.
De onde veio o combustível? Como eles começaram tão grandes?
Este mecanismo LRD oferece um candidato. Os buracos negros formados a partir destes colapsos diretos são enormes. Se se fundirem com as suas companheiras azuis (que podem estar a fundir galáxias), criam as sementes pesadas necessárias para eventualmente se tornarem os monstros supermassivos que veremos mais tarde na história cósmica.
Isto sugere que o buraco negro central da Via Láctea pode ter começado a sua vida exactamente desta forma – nascido “fora da galáxia” num denso casulo de gás, depois migrando para dentro.
Por que a luz tem essa aparência
Os dados do JWST se ajustam perfeitamente a esse modelo. O “mergulho” no espectro? Esse é o gás hidrogênio que envolve o LRD absorvendo luz. A luz óptica vermelha? Isso vem do próprio LRD (ou do disco de acreção ao redor do buraco negro recém-nascido). A luz ultravioleta? Esse é o aglomerado de estrelas companheiras iluminando a cena lateralmente.
Não é um objeto. É uma dupla.
Ainda restam dúvidas
Todos os LRDs nascem assim? Os investigadores suspeitam que a maioria sim, mas as companheiras podem estar demasiado próximas para se separarem em imagens de baixa resolução. Podemos estar vendo apenas aqueles em que o par é distinto.
Alguns companheiros podem estar mais afastados do que a amostra deste estudo contabilizada, o que significa que as observações futuras terão de diminuir o zoom, olhando para campos mais amplos em vez de aglomerados compactos.
Não sabemos ao certo se cada LRD segue este caminho. Ainda há debate sobre como estes objetos evoluem para as galáxias e buracos negros que vemos hoje. Mas a conexão está ficando clara.
O universo era confuso e violento em sua juventude. Não foi apenas a formação de estrelas; estava forjando as pesadas âncoras das galáxias por meio de colisões intensas banhadas por UV. Os pequenos pontos vermelhos não eram pontos. Eram os gritos de nascimento de gigantes, acompanhados por suas mães nascidas azuis.
