GLIMPSE-17775 ajuda a explicar os pequenos pontos vermelhos do Telescópio Espacial James Webb

Pequenos pontos vermelhos deixaram a comunidade astronómica intrigada desde que o Telescópio Espacial James Webb, da NASA, os revelou em 2022.

Estes objectos compactos e invulgarmente luminosos surgem no universo primitivo e, em pouco tempo, passaram a ser um dos maiores enigmas da astronomia.

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

Houve quem defendesse que estes sinais poderiam pôr em causa ideias actuais sobre a evolução do universo. Outros suspeitaram que os dados escondiam uma explicação mais simples.

Agora, um objecto analisado em detalhe - GLIMPSE-17775 - está a ajudar os investigadores a compor um cenário muito mais nítido.

Um ponto vermelho distante

GLIMPSE-17775 existiu cerca de 1,8 mil milhões de anos após o Big Bang. Embora esteja incrivelmente longe, beneficiou de um “empurrão” dado por um fenómeno natural chamado lente gravitacional.

Um enorme enxame de galáxias, situado entre a Terra e o objecto, curvou e ampliou a sua luz, permitindo aos astrónomos observar pormenores que, de outra forma, ficariam inacessíveis.

O resultado foi notável. O Webb registou um espectro durante 30 horas e, graças à amplificação, esse conjunto de dados equivaleu a aproximadamente 80 horas de observações.

Dessa forma, foram obtidas mais de 40 linhas espectrais, tornando este o espectro mais detalhado alguma vez conseguido para um pequeno ponto vermelho.

“Penso que parte da comunidade científica está a convergir para uma imagem única - a de que os 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 reunidas no mesmo sítio”, afirmou Vasily Kokorev, da Universidade do Texas em Austin, autor principal do estudo.

“Com o GLIMPSE-17775 conseguimos testar estes modelos por causa da profundidade e da qualidade extraordinária do espectro desta fonte.”

A montar um puzzle cósmico

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

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

“Quando vimos o espectro pela primeira vez, foi como ter todas as peças de um puzzle espalhadas no chão”, disse Kokorev.

“Pegámos em cada peça do puzzle, medimos as linhas e começámos a combinar as diferentes peças num mosaico. Talvez algumas peças parecessem não significar nada ao início, mas depois duas ou três encaixaram, e percebemos que havia ali algo.”

As indicações foram apontando, repetidamente, para a mesma interpretação. Os investigadores consideram que o objecto alberga um buraco negro supermassivo em crescimento rápido, envolvido por um casulo espesso de gás. Esta hipótese é conhecida como o cenário BH* (estrela de buraco negro).

Indícios de um buraco negro oculto

Dos dados surgiram várias pistas independentes. A equipa verificou que as 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 medições exibiram um alargamento característico chamado dispersão electrónica, um sinal de que existe gás denso a envolver a fonte.

Outra pista veio do que os investigadores descreveram como uma “floresta de ferro”. O espectro incluía 16 linhas distintas de ferro. Em conjunto com assinaturas específicas de oxigénio, estas marcas exigem uma fonte de energia muito potente, capaz de excitar átomos para estados extremamente elevados.

O espectro mostrou ainda fluorescência de hélio e também absorção de hélio. Ambos os sinais são compatíveis com um ambiente denso em torno de um objecto central muito energético.

No conjunto, as evidências apoiam a ideia de um buraco negro supermassivo a alimentar-se activamente de material próximo, mas escondido dentro de uma concha espessa de gás.

Porque é que os pequenos pontos vermelhos parecem tão estranhos

Uma das razões para a perplexidade em torno dos pequenos pontos vermelhos é que muitos surgem surpreendentemente fracos em raios X. Em condições normais, buracos negros em crescimento produzem emissões intensas nesta banda.

O modelo BH* fornece uma resposta directa: o casulo de gás à volta do objecto poderá absorver grande parte da radiação de raios X antes de esta conseguir escapar para o espaço.

A equipa analisou também outra característica frequentemente associada aos pequenos pontos vermelhos, a chamada quebra de Balmer. Em GLIMPSE-17775, esta descida de luminosidade foi mais fraca do que o esperado.

Para perceber o motivo, os investigadores cruzaram as observações do Webb com dados recolhidos pelo Telescópio Espacial Hubble, da NASA, através dos programas Campos de Fronteira e BUFFALO.

A combinação das observações indica que o objecto está rodeado por uma grande galáxia hospedeira. As estrelas dessa galáxia deverão acrescentar luz azul, enfraquecendo a quebra de Balmer.

O mistério do nosso universo

Quando os pequenos pontos vermelhos apareceram pela primeira vez nos dados do Webb, alguns cientistas questionaram se os modelos existentes de formação de galáxias os conseguiriam explicar.

Se fossem galáxias enormes repletas de estrelas, então pareceria que teriam crescido depressa demais após o Big Bang.

Os novos resultados apontam para outra leitura. Se uma parte substancial da luz provém do gás que envolve buracos negros em crescimento - e não de populações gigantescas de estrelas - estes objectos tornam-se mais fáceis de enquadrar nas teorias actuais sobre a evolução cósmica.

“Tudo encaixa, nada está partido, e penso que isso torna o puzzle que é o nosso universo ainda melhor”, disse Kokorev.

“Daqui para a frente, estou ansioso por aprofundar e aprender o que está a alimentar os motores centrais dos pequenos pontos vermelhos.”

“Embora achemos que é um buraco negro, estão a ser propostas outras teorias interessantes, o que é entusiasmante. Talvez dentro de um ou dois anos tenhamos a resposta final sobre o que alimenta estas fontes.”

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