James Webb vê pontos vermelhos no espaço — e eles podem revelar 'grande mistério' do Universo

Uma análise de objetos distantes identificados pelo Telescópio Espacial James Webb indica que os chamados “pequenos pontos vermelhos” podem estar associados aos primeiros buracos negros supermaciços do Universo. O estudo, publicado na revista científica Nature Astronomy, analisou as galáxias que abrigam esses objetos para investigar como buracos negros e estrelas se desenvolveram no início do Cosmo.

Os “pequenos pontos vermelhos”, ou little red dots, como são chamados em inglês, começaram a chamar a atenção dos astrônomos em 2023. Eles aparecem nas observações do James Webb como fontes compactas e avermelhadas de luz infravermelha e estão tão distantes que são vistos como existiam quando o Universo tinha cerca de 1 bilhão de anos.

A maior parte da luz detectada nesses objetos vem de uma região com menos de 2% do tamanho da Via Láctea. Uma das hipóteses estudadas é que essas fontes abrigam buracos negros supermaciços em uma fase inicial de crescimento. Alguns deles poderiam consumir matéria em uma taxa que faz a região ao redor do buraco negro apresentar características semelhantes às observadas na superfície de uma estrela.

Outra possibilidade é que parte dos pontos corresponda a regiões onde ocorre formação de estrelas, associadas ao surgimento de galáxias com grandes massas. Para diferenciar essas hipóteses, pesquisadores passaram a estudar as chamadas galáxias hospedeiras, estruturas nas quais os objetos estão localizados.

O novo trabalho, liderado por Yiyang Zhang, da Universidade de Wuhan, na China, concentrou-se justamente nessas galáxias. Os pesquisadores utilizaram imagens do James Webb da região COSMOS-Web, uma área do céu equivalente a aproximadamente três vezes o tamanho aparente da Lua.

Mais de 400 pequenos pontos vermelhos foram identificados nessa região do espaço. O número permitiu que a equipe analisasse uma amostra desses objetos para separar a emissão proveniente da região central daquela produzida pelas estrelas das galáxias ao redor.

Galáxias representam cerca de 10% da luz observada

A separação das duas fontes de luz representa um problema porque o centro dos pequenos pontos vermelhos pode ser mais luminoso do que suas próprias galáxias. Para contornar essa limitação, os pesquisadores aplicaram uma modelagem da óptica do James Webb e removeram das imagens a emissão central.

A equipe combinou dados de 217 objetos para detectar a luz das galáxias hospedeiras. Nos comprimentos de onda vermelhos analisados, essas galáxias respondem por aproximadamente 10% da luz total dos pequenos pontos vermelhos. O restante está associado principalmente à região central dos objetos.

As medições também apontam que essas galáxias têm cerca de 40% do tamanho das galáxias normalmente observadas no mesmo período da história cósmica. Em comparação com a Via Láctea atual, elas alcançam aproximadamente 4% de seu tamanho.

Os resultados indicam que a formação dos pequenos pontos vermelhos pode estar ligada a condições que não estavam presentes na maior parte das galáxias existentes naquele estágio do Universo.

Buracos negros podem ter crescido antes das galáxias

A quantidade de luz emitida por uma galáxia em determinados comprimentos de onda permite estimar sua população de estrelas. Estrelas com massa e tamanho inferiores aos do Sol, que estão entre as mais comuns, apresentam temperaturas superficiais menores e concentram parte de sua emissão nos comprimentos de onda ópticos vermelhos e no infravermelho próximo.

Nos pequenos pontos vermelhos, porém, essa medição enfrenta a interferência da luz emitida pela região associada ao buraco negro supermaciço. Após separar essa emissão central, os pesquisadores estimaram a quantidade de estrelas presentes nas galáxias hospedeiras.

Cada uma dessas galáxias possui cerca de 1 bilhão de estrelas, quantidade equivalente a aproximadamente 4% da população estelar estimada para a Via Láctea.

As estimativas disponíveis para a massa dos buracos negros presentes nesses sistemas ainda apresentam variação. Estudos anteriores apontam valores entre 10 milhões e 1 bilhão de vezes a massa do Sol.

Essa relação entre a quantidade de estrelas e a massa dos buracos negros oferece dados sobre a sequência de formação desses sistemas. As medições sugerem que os buracos negros supermaciços podem ter acumulado grande parte de sua massa antes de suas galáxias formarem a maior parcela das estrelas.

A observação fornece elementos para estudos sobre a coevolução de galáxias e buracos negros, processo que busca explicar como essas duas estruturas cresceram ao longo da história do Universo. Os mecanismos responsáveis pela formação e pela evolução dos pequenos pontos vermelhos, no entanto, ainda não foram determinados pelas observações disponíveis.