Telescópio James Webb vem detectando pontos vermelhos no universo primordial há anos, mas ninguém consegue chegar a consenso sobre o que são

Imagine que você está parado na porta de um quarto escuro. Você entra com os olhos fechados e a porta se fecha atrás de você. Ao abrir os olhos, uma luz vermelha repentinamente ofusca seu rosto — você está cercado por ela.

Isso é mais ou menos o que acontece com o Telescópio Espacial James Webb (JWST) quando ele observa o passado distante do universo. Muitas de suas imagens estão repletas de objetos com brilho avermelhado, que a comunidade científica – sem muita criatividade – chama de "pequenos pontos vermelhos" (ou LRD, de little red dots).

Antes do lançamento do JWST em 2022, não tínhamos como perceber esses pontos; somente este telescópio, com sua extrema sensibilidade à luz infravermelha, é capaz de registrá-los. Mas, para a ciência, eles representam um enigma duplo: o que são e por que desaparecem quase sem deixar vestígios depois de um certo ponto?

Enxame ancestral intriga pesquisadores

Esses pequenos pontos vermelhos representam um dos principais mistérios da exploração espacial moderna. Sua luz leva de 12 a 13 bilhões de anos para viajar e surgiram quando o universo tinha apenas de 0,6 a 1,6 bilhão de anos.

Eles se destacam por seu isolamento, tamanho, luminosidade e aparência, que não corresponde à de um buraco negro clássico, uma galáxia ou mesmo uma única estrela e seu sistema associado. Claramente, estamos lidando com uma classe de objeto completamente nova.

Alguns exemplos de LDRs que estão revolucionando a astronomia | Imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, Dale Kocevski (Colby College)

As mais de mil galáxias conhecidas têm diâmetros de aproximadamente 150 a 500 anos-luz — apenas uma pequena fração das galáxias, que normalmente medem dezenas de milhares de anos-luz ou mais. No entanto, assim como as galáxias, elas existem individualmente e são claramente distinguíveis umas das outras.

Ao observar mais atentamente, outros detalhes aparecem. Embora o contorno vermelho esférico domine visualmente, um núcleo amarelo-esbranquiçado reconhecível se encontra no centro, de onde emana a maior parte da luz. Sua luminosidade excede os valores medidos anteriormente para objetos desse tamanho.

Tudo isso contradiz as expectativas derivadas de modelos estabelecidos da astrofísica. A tonalidade avermelhada provavelmente se deve a dois efeitos independentes:

• Idade, distância e o desvio para o vermelho associado: Objetos que se formaram relativamente pouco tempo depois do Big Bang se afastaram de nós devido à expansão contínua do cosmos. Quanto mais antiga a luz, maior o desvio para o vermelho devido ao chamado efeito Doppler.
• Poeira: O gás ao redor da região central de radiação filtra comprimentos de onda mais curtos e permite a passagem principalmente de luz de baixa energia. Podemos, portanto, supor que o que quer que esteja emitindo luz ali pareceria avermelhado em vez de azul — mesmo que estivesse localizado próximo ao sistema solar.

Quatro teorias, uma consistência

Atualmente, a comunidade científica discute principalmente quatro teorias diferentes, todas com explicações plausíveis. Uma constante, no entanto, é a presença de buracos negros supermassivos (SMBHs), como os encontrados nos centros das galáxias atuais. Esses pequenos pontos vermelhos poderiam explicar como os SMBHs se expandem até as massas medidas.

Além disso, o JWST também demonstrou suas capacidades com objetos cósmicos comuns, como compilamos para vocês há algum tempo – essencialmente um "melhor" dos primeiros meses de operação do telescópio.

Estrelas Primordiais Supermassivas

Estrelas milhões de vezes mais massivas que o nosso Sol. Nossa época não conhece mais tais gigantes, pois não há matéria suficiente disponível em um espaço suficientemente pequeno. Além disso, elas são compostas de hidrogênio quase puro e praticamente não apresentariam impurezas de átomos pesados.

Estes últimos só surgem por meio de processos de fusão em estrelas. Portanto, o que estamos vendo são hipergigantes inchadas que podem posteriormente colapsar nas primeiras estrelas primordiais supermassivas (SMBHs) (via arXiv).

O termo "supermassivo" refere-se a algo original ou primordial. Em astronomia, abrange tudo o que remonta à formação do universo. No entanto, também pode aparecer no contexto da Terra primitiva. Em resumo, descreve sempre fenômenos tão antigos que desafiam qualquer conceito de tempo compreendido pelo ser humano e que já não existem hoje.

Buracos Negros Supermassivos Jovens (SMBHs)

Os pequenos pontos vermelhos podem ser SMBHs jovens. Eles residem como versões em miniatura, como larvas de insetos, no centro de densas nuvens de gás em forma de casulo que se estendem por centenas de anos-luz. Ao longo de bilhões de anos, eles devoram o gás e crescem, tornando-se entidades monstruosas (via nature).

Estrelas de Buraco Negro ou Quase-Estrelas

Uma gigantesca bola de gás que excederia as dimensões do sistema solar. No entanto, seria significativamente menor do que o casulo descrito acima para os SMBHs.

Sua energia bruta, por sua vez, provém de um mecanismo diferente: a matéria no centro do buraco negro acelera extremamente sob a força da gravidade. Nesse processo, o calor e a ebulição da enorme nuvem de gás ocorrem a partir do seu interior. O plasma resultante emite luz, razão pela qual essa estrela inovadora apresenta semelhanças mesmo sem um núcleo de fusão clássico (via Penn State).

Buracos Negros de Colapso Direto

Aqui, os buracos negros supermassivos (SMBHs) tomam um atalho e simplesmente ignoram a fase estelar. Uma nuvem de gás hidrogênio colapsa diretamente em um buraco negro que contém de 10.000 a 1 milhão de massas solares.

A diferença em relação à Tese 1 reside no tamanho do SMBH em seu centro. Na primeira, ele ainda está antes de uma fase de crescimento extremo através do consumo da nuvem de gás. Aqui, a gravidade literalmente entra em ação. Como um gigantesco redemoinho, ele repentinamente atrai toda a matéria através de centenas de anos-luz para um único ponto. Depois, continua a devorar gás, mas já começa como um gigante (via arXiv).

Telescópio Espacial James Webb observou de perto Sagitário A*, no centro da Via Láctea – também um buraco negro supermassivo | Imagem: NASA

Desaparecimento dos pontos vermelhos

Cerca de 1,5 bilhão de anos após o Big Bang, o brilho dos pequenos pontos vermelhos começou a diminuir. Três das quatro teorias compartilham uma explicação para o seu desaparecimento: uma grande parte da matéria que poderia interagir com o buraco negro supermassivo sucumbiu ao seu destino. Ela foi sugada para dentro do buraco negro.

A única exceção é a Teoria 1: De acordo com essa teoria, as estrelas primordiais supermassivas sequer passam por uma supernova estelar típica – elas são simplesmente massivas demais. Em vez disso, elas colapsam diretamente em um buraco negro supermassivo. Ao fazer isso, elas englobam quase toda a massa estelar anterior. Portanto, o buraco negro recém-nascido teria pouco ou nada disponível para crescimento adicional. Essa teoria explica seu desaparecimento quase completo como fonte de luz (via arXiv).

Clareza através de novas observações

Como acontece frequentemente em pesquisas, o mais importante agora é esperar. Os cientistas esperam respostas, e talvez até um consenso preliminar, a partir dos novos dados que o JWST coletará nos próximos um ou dois anos.

Uma coisa já é certa, no entanto: o Telescópio James Webb continuará a observar o passado distante por pelo menos mais 16 anos. Seu serviço, e provavelmente suas conquistas, estão apenas começando – mas já estão superando todas as expectativas.

Imagem | NASA e Adobe Firefly, IA generativa