GLIMPSE-17775 esclarece os pequenos pontos vermelhos do Telescópio Espacial James Webb

Pequenos pontos vermelhos têm intrigado astrónomos desde que o Telescópio Espacial James Webb, da NASA, os identificou em 2022.

Esses objetos compactos e invulgarmente brilhantes surgiram no universo primordial e, em pouco tempo, tornaram-se um dos maiores enigmas da astronomia.

Apesar de estarem a distâncias enormes, aparecem com surpreendente frequência. Nos últimos anos, cientistas têm discutido intensamente o que, de facto, eles são.

Para alguns, eles poderiam colocar em xeque ideias atuais sobre a evolução do universo. Para outros, a explicação seria mais simples, mas estaria “escondida” nos dados.

Agora, um alvo analisado em detalhe - chamado GLIMPSE-17775 - está a ajudar os investigadores a montar um quadro muito mais nítido.

Um ponto vermelho distante

O GLIMPSE-17775 existiu cerca de 1,8 mil milhões de anos depois da Grande Explosão. Embora esteja incrivelmente longe, ganhou um reforço graças a um fenómeno natural conhecido como lente gravitacional.

Um aglomerado massivo de galáxias, localizado entre a Terra e o objeto, curvou e ampliou a sua luz, permitindo que astrónomos observassem pormenores que normalmente permaneceriam invisíveis.

O resultado foi fora do comum. O Webb obteve um espectro de 30 horas desse objeto e, devido ao efeito de amplificação, isso equivaleu a aproximadamente 80 horas de observações com o telescópio.

Com isso, foram produzidas mais de 40 linhas espectrais - o conjunto mais detalhado já obtido para um pequeno ponto vermelho.

“Eu acho que parte da comunidade científica está a convergir para um quadro único - de que pequenos pontos vermelhos podem ser explicados por modelos de estrela de buraco negro. Mas nenhum dos pequenos pontos vermelhos anteriores tinha todas as peças de evidência no mesmo lugar”, disse Vasily Kokorev, da Universidade do Texas em Austin, autor principal do estudo.

“Com o GLIMPSE-17775, conseguimos testar esses modelos por causa de quão profundo e impressionante é o espectro desta fonte.”

Montando um quebra-cabeça cósmico

Um espectro funciona como uma impressão digital da luz. Ao separar a radiação em diferentes comprimentos de onda, astrónomos conseguem identificar elementos químicos, temperaturas, movimentos e outras propriedades físicas de objetos distantes.

No caso do GLIMPSE-17775, o espectro expôs uma quantidade notável de informação.

“Quando vimos o espectro pela primeira vez, foi como ter todas as peças de um quebra-cabeça espalhadas no chão”, afirmou Kokorev.

“Nós pegámos cada peça do quebra-cabeça, medimos as linhas e começámos a juntar as diferentes partes num mosaico. Talvez algumas peças não parecessem nada no início, mas então duas ou três encaixaram, e percebemos que havia algo ali.”

A evidência voltou repetidamente ao mesmo ponto. Os investigadores consideram que o objeto abriga um buraco negro supermassivo em rápido crescimento, envolto por um casulo espesso de gás. Essa hipótese é conhecida como cenário BH* (estrela de buraco negro).

Sinais de um buraco negro oculto

A partir dos dados, surgiram vários indícios independentes. A equipa observou que assinaturas espectrais de hidrogénio, oxigénio e hélio não correspondiam ao que se esperaria de uma simples nuvem de gás em rotação.

Em vez disso, as observações mostraram um alargamento característico chamado espalhamento por eletrões, o que indica que gás denso circunda a fonte.

Outra pista veio do que os investigadores chamaram de “floresta de ferro”. O espectro continha 16 linhas distintas de ferro. Junto de assinaturas específicas de oxigénio, essas feições exigem uma fonte de energia muito poderosa, capaz de excitar átomos a estados extremamente elevados.

O espectro também revelou fluorescência de hélio e absorção de hélio. Cada um desses sinais aponta para um ambiente denso em torno de um objeto central energético.

Em conjunto, os dados sustentam a ideia de um buraco negro supermassivo a alimentar-se ativamente de material próximo, mas escondido no interior de uma concha espessa de gás.

Por que os pequenos pontos vermelhos parecem tão invulgares

Uma das razões pelas quais os pequenos pontos vermelhos confundiram astrónomos é que muitos parecem surpreendentemente fracos em raios X. Em condições normais, buracos negros em crescimento ativo emitem raios X intensos.

O modelo BH* oferece uma resposta direta: o casulo de gás ao redor pode absorver grande parte da radiação de raios X antes que ela escape para o espaço.

Os investigadores também analisaram outra característica frequentemente associada aos pequenos pontos vermelhos, conhecida como descontinuidade de Balmer. Esse “mergulho” característico na luz era mais fraco no GLIMPSE-17775 do que o esperado.

Para compreender o motivo, a equipa combinou observações do Webb com dados do Telescópio Espacial Hubble, da NASA, obtidos nos programas Campos de Fronteira e BUFFALO.

O conjunto de observações indica que uma grande galáxia hospedeira envolve o objeto. As estrelas dessa galáxia provavelmente acrescentam luz azul extra, diminuindo a intensidade da descontinuidade de Balmer.

O mistério do nosso universo

Quando os pequenos pontos vermelhos apareceram pela primeira vez nas observações do Webb, alguns cientistas questionaram se os modelos existentes de formação de galáxias conseguiriam explicá-los.

Se esses objetos fossem galáxias enormes repletas de estrelas, então pareceriam ter crescido depressa demais após a Grande Explosão.

Os novos resultados apontam para outro caminho. Se uma parte significativa da luz vier do gás que envolve buracos negros em crescimento - e não de populações gigantescas de estrelas - torna-se mais fácil encaixar esses objetos nas teorias atuais sobre a evolução cósmica.

“Tudo se encaixa, nada está quebrado, e eu acho que isso torna o quebra-cabeça que é o nosso universo ainda melhor”, disse Kokorev.

“Olhando para a frente, estou ansioso para ir mais fundo e aprender sobre o que está a alimentar os motores centrais dos pequenos pontos vermelhos.”

“Embora acreditemos que seja um buraco negro, existem outras teorias interessantes a ser propostas, o que é empolgante. Talvez em um ou dois anos tenhamos a resposta final sobre o que alimenta essas fontes.”

Crédito da imagem: NASA, ESA, CSA, Vasily Kokorev (UT Austin)