Esqueça os “homenzinhos verdes” — foram os “pequenos pontos vermelhos” no universo infantil que chamaram a atenção do Telescópio Espacial James Webb (JWST).
Os estranhos corpos vermelhos, dizem os cientistas, escondem estrelas que os modelos sugerem serem “muito velhas” para terem vivido durante os primeiros tempos cósmicos e buracos negros que medem até milhares de vezes maiores que o buraco negro supermassivo no coração da Via Láctea. Os cientistas acreditam que esses objetos devem ter surgido de uma maneira única no universo primitivo — por um método que parece ter cessado no cosmos após cerca de 1 bilhão de anos de existência.
Os três pequenos pontos vermelhos são vistos como eram quando o universo tinha entre 600 milhões e 800 milhões de anos. Embora isso possa parecer um tempo tremendamente longo depois do Big Bango fato de o universo ter 13,8 bilhões de anos significa que ele não tinha mais do que 5% de sua idade atual quando esses objetos existiram.
Ao confirmar a existência desses pontos no universo primitivoessas descobertas do JWST podem desafiar o que sabemos sobre a evolução das galáxias e dos buracos negros supermassivos que ficam em seus corações.
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A equipe, liderada por cientistas da Universidade Estadual da Pensilvânia, observou essas misteriosas estranhezas cósmicas vermelhas ao investigar o universo primitivo com o instrumento Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) do JWST, como parte da pesquisa RUBIES.
“É muito confuso”, disse o membro da equipe Joel Leja, professor assistente de astronomia e astrofísica na Penn State. disse em um comunicado. “Você pode fazer com que isso se encaixe desconfortavelmente em nosso modelo atual do universo, mas somente se evocarmos alguma formação exótica e insanamente rápida no início dos tempos.
“Este é, sem dúvida, o conjunto de objetos mais peculiar e interessante que já vi na minha carreira.”
O que há por trás dos pontos?
Os pesquisadores estudaram a intensidade de diferentes comprimentos de onda de luz vindos dos pequenos pontos vermelhos. Isso revelou sinais de que as estrelas têm centenas de milhões de anos — muito mais velhas do que o esperado para estrelas neste estágio inicial do cosmos.
Os pesquisadores também viram traços de buracos negros supermassivos dentro das regiões dos pequenos pontos vermelhos com massas equivalentes a milhões, às vezes até bilhões, de sóis. Esses buracos negros são entre 100 e 1.000 vezes mais massivos que Sagittarius A* (Sgr A*), o buraco negro supermassivo no coração do via Láctea que fica a apenas 26.000 anos-luz da Terra.
Ambas as descobertas não são esperadas sob os modelos atuais de evolução cósmica, crescimento de galáxias ou formação de buracos negros supermassivos. Todas essas teorias sugerem que galáxias e buracos negros supermassivos crescem em sincronia — mas esse crescimento leva bilhões de anos.
“Confirmamos que estas parecem estar repletas de estrelas antigas — com centenas de milhões de anos — num universo que tem apenas [600 million to 800 million years] velho. Notavelmente, esses objetos detêm o recorde das primeiras assinaturas de luz estelar antiga”, disse o líder da pesquisa Bingjie Wang, um acadêmico de pós-doutorado na Penn State, na declaração. “Foi totalmente inesperado encontrar estrelas velhas em um universo muito jovem. Os modelos padrão de cosmologia e a formação de galáxias foram incrivelmente bem-sucedidas, mas esses objetos luminosos não se encaixam confortavelmente nessas teorias.”
A equipe avistou os pequenos pontos vermelhos pela primeira vez ao usar o JWST em julho. Na época, os pesquisadores imediatamente suspeitaram que os objetos eram, na verdade, galáxias que existiram há aproximadamente 13,5 bilhões de anos.
Uma investigação mais aprofundada dos espectros de luz desses objetos confirmou que se tratava de galáxias que viveram no início dos tempos e também revelou que buracos negros supermassivos “crescidos” e estrelas impossivelmente “velhas” estavam alimentando a impressionante saída de luz dos pontos vermelhos.
A equipe ainda não tem certeza de quanta luz dos pequenos pontos vermelhos vem de cada uma dessas fontes. Isso significa que essas galáxias são inesperadamente velhas e mais massivas do que as via Lácteatendo se formado muito antes do que os modelos preveem, ou tendo quantidades normais de massa, mas buracos negros excessivamente massivos de alguma forma — vazios que são muito mais massivos do que uma galáxia semelhante teria durante a época atual do cosmos.
“Distinguir entre a luz do material caindo em um buraco negro e a luz emitida por estrelas nesses objetos minúsculos e distantes é desafiador”, disse Wang. “Essa incapacidade de dizer a diferença no conjunto de dados atual deixa amplo espaço para interpretação desses objetos intrigantes.”
Isso não é um buraco negro supermassivo comum!
É claro que todos os buracos negros têm limites de captura de luz chamados “horizontes de eventos”, o que significa que, por mais luz que eles contribuam para os pequenos pontos vermelhos, ela deve vir do material que os cerca e não de dentro deles.
A tremenda influência gravitacional dos buracos negros gera condições turbulentas neste material, que também alimenta o buraco negro ao longo do tempo, aquecendo-o e fazendo-o brilhar intensamente. Regiões alimentadas por buracos negros supermassivos dessa forma são chamadas de “quasares”, e as regiões de suas galáxias em que se encontram são conhecidas como “núcleos galácticos ativos (AGNs)”.
Essas regiões de buracos negros “red dot” recém-descobertas podem ser diferentes de outros quasares, mesmo aqueles que o JWST já viu no universo primitivo. Por exemplo, os buracos negros red dot parecem produzir muito mais luz ultravioleta do que o esperado. Ainda assim, a coisa mais chocante sobre esses buracos negros supermassivos continua sendo o quão massivos eles parecem.
“Normalmente, buracos negros supermassivos são pareados com galáxias”, disse Leja. “Eles crescem juntos e passam por todas as suas principais experiências de vida juntos. Mas aqui, temos um buraco negro adulto completamente formado vivendo dentro do que deveria ser uma galáxia bebê.
“Isso realmente não faz sentido porque essas coisas deveriam crescer juntas, ou pelo menos era o que pensávamos.”
As galáxias de ponto vermelho em si também são surpreendentes. Elas parecem ser muito menores do que outras galáxias, apesar de terem quase o mesmo número de estrelas. Isso significa que as galáxias de ponto vermelho parecem consistir de entre 10 bilhões e 1 trilhão de estrelas amontoadas em uma galáxia com algumas centenas de anos-luz de diâmetro e um volume 1.000 vezes menor do que a Via Láctea.
Para colocar isso em contexto, se a Via Láctea fosse reduzida ao tamanho de uma dessas galáxias de pontos vermelhos, então a estrela mais próxima do sol (Proxima Centauri, que está a 4,2 anos-luz de distância) estaria dentro do sistema solar. Além disso, a distância entre a Terra e o buraco negro supermassivo da Via Láctea, Sgr A*, seria reduzida de 26.000 anos-luz para apenas 26 anos-luz. Isso faria com que ele e seus arredores aparecessem no céu noturno sobre a Terra.
“Essas galáxias primitivas seriam tão densas com estrelas — estrelas que devem ter se formado de uma forma que nunca vimos, sob condições que nunca esperaríamos durante um período em que nunca esperaríamos vê-las”, disse Leja. “E por alguma razão, o universo parou de fazer objetos como esses depois de apenas alguns bilhões de anos. Eles são exclusivos do universo primitivo.”
A equipe pretende dar continuidade às suas descobertas com mais observações desses pequenos pontos vermelhos confusos para entender melhor os mistérios dos pontos. Isso incluirá obter espectros mais profundos apontando o JWST para os objetos vermelhos por períodos prolongados de tempo para obter espectros de emissão de luz associados a vários elementos. Isso pode ajudar a desvendar as contribuições de estrelas antigas e buracos negros supermassivos nas galáxias.
“Há outra maneira de termos um avanço, e é simplesmente [having] a ideia certa”, concluiu Leja. “Temos todas essas peças do quebra-cabeça, e elas só se encaixam se ignorarmos o fato de que algumas delas estão quebrando. Esse problema é passível de um golpe de gênio que até agora nos escapou, a todos os nossos colaboradores e a toda a comunidade científica.
“Sinceramente, é emocionante ter ainda tanto mistério para descobrir.”
A pesquisa da equipe foi publicada em 26 de junho na revista Cartas de revistas astrofísicas.
Postado originalmente em Espaço.com.