Pontos vermelhos fotografados pelo telescópio James Webb intrigam astrônomos

Como pequenos penetras cósmicos, anomalias que lembram pontos vermelhos pequenos e brilhantes aparecem em quase todas as fotos tiradas pelo telescópio espacial mais poderoso já feito.

Astrônomos agora os chamam de LRDs (Pequenos Pontos Vermelhos), mas ainda não há consenso sobre o que exatamente eles são.

Desde que o Telescópio Espacial James Webb da Nasa (Agência Espacial Americana) começou a observar o universo há quatro anos, centenas desses objetos intrigantes apareceram em suas imagens.

Suas origens desconhecidas efetivamente deram início a uma investigação científica que centenas de estudos tentaram desvendar.

“Esta é a primeira vez na minha carreira que estudo um objeto onde realmente não entendemos por que ele tem essa aparência”, disse Jenny Greene, professora de ciências astrofísicas na Universidade de Princeton. “Acho justo chamá-los de mistério.”

Uma coisa ficou clara desde o início — esses objetos estranhos eram comuns.

“Em cada observação profunda feita com o James Webb, encontrávamos alguns”, disse Greene, referindo-se à ação de focar o telescópio na mesma mancha do céu por um tempo prolongado para coletar luz extremamente fraca.

Inicialmente, alguns astrônomos sugeriram que os pontos poderiam ser galáxias massivas do início do universo, ou buracos negros cercados por poeira.

No entanto, essas suposições iniciais foram posteriormente derrubadas por observações adicionais, abrindo caminho para várias novas hipóteses, muitas delas ainda envolvendo buracos negros.

“Eu certamente acho que eles são alimentados por buracos negros em crescimento, mas existem outras sugestões mais exóticas, como algum tipo de estrela muito massiva morrendo”, disse Greene.

Especialista em buracos negros supermassivos e evolução de galáxias, ela explicou acreditar que um buraco negro como componente principal dos LRDs se ajusta ao maior número de observações feitas dos objetos até agora.

No entanto, ela acrescentou que alguém poderia fazer uma observação inteiramente nova que derrubasse todas as suposições sobre o que são os LRDs.

“Até agora, foi o que aconteceu. Tínhamos uma expectativa, ela estava errada. Tínhamos outra expectativa, ela estava errada. Então eu deixaria essa possibilidade aberta ainda.”

Se esses pontos curiosos acabarão confirmando teorias antigas ou representarão uma nova descoberta, os cientistas estão prestes a obter uma nova compreensão do universo.

Um “elo perdido”

O nome “pequenos pontos vermelhos” apareceu pela primeira vez em um estudo de 2024, quase dois anos depois que os cientistas começaram a estudar os objetos.

O apelido foi cunhado por Jorryt Matthee, chefe do grupo de pesquisa em astrofísica de galáxias no ISTA (Instituto de Ciência e Tecnologia da Áustria), que o escolheu por ser mais simples e cativante do que o termo cientificamente mais preciso: “emissores H-alpha de linha larga”.

A razão pela qual os astrônomos só detectaram os LRDs depois que o Webb entrou em operação é que outros telescópios em funcionamento na época, como o Hubble, não tinham resolução suficiente ou careciam de sensibilidade em comprimentos de onda de infravermelho mais longos, além do limite da luz visível, para vê-los.

Mas o telescópio Webb, com seu espelho primário de 6,5 metros de largura, revelou objetos que anteriormente estavam escondidos.

Os pontos parecem vermelhos porque estão muito distantes e, conforme o universo se expande, a luz de objetos extremamente distantes é esticada para o infravermelho enquanto viaja para chegar à Terra — um fenômeno que os astrônomos chamam de “redshift” (desvio para o vermelho).

Mas os pontos também são inerentemente vermelhos, embora o motivo exato seja uma das partes mais complicadas do quebra-cabeça.

“A principal interpretação em nosso estudo de 2024 era que se tratava de buracos negros em crescimento e que eram vermelhos porque estavam cercados por partículas de poeira”, disse Matthee. “Eu diria que esse era o consenso após o nosso artigo por pelo menos um ou dois anos, mas agora o consenso realmente mudou um pouco. Ainda achamos que são buracos negros em crescimento, mas agora pensamos que não são vermelhos por causa da poeira, mas porque há gás hidrogênio.”

Grande parte da incerteza em torno dos objetos decorre de sua distância. Embora os astrônomos tenham detectado cerca de 1.000 deles, Matthee observou que quase todos são incrivelmente remotos.

“Os LRDs são comuns no universo primitivo — principalmente no primeiro bilhão de anos do tempo cósmico, sendo a idade atual de 13,8 bilhões de anos — mas são extremamente raros no universo mais próximo, ou posterior”, explicou ele, referindo-se ao fato de que olhar para um objeto distante no espaço significa essencialmente olhar para o passado.

Isso ocorre porque quanto mais longe algo está, mais tempo leva para sua luz chegar até nós.

No ano passado, uma equipe de pesquisadores encontrou três LRDs muito mais perto da Terra pela primeira vez, e estudos estão em andamento para analisá-los.

Mas com base nessa descoberta, Matthee disse que os LRDs locais poderiam ser 100.000 vezes mais raros do que aqueles encontrados mais longe no universo primitivo.

No entanto, se mais LRDs locais forem encontrados, eles poderão revelar mais de seus segredos, porque é mais fácil estudar um objeto que está mais próximo.

“Em termos de como os LRDs poderiam mudar nossa compreensão dos buracos negros, acho que eles podem acabar sendo algum tipo de elo perdido”, disse Matthee. “Sabemos que galáxias, como a nossa própria Via Láctea, têm buracos negros supermassivos em seu centro e, embora isso seja muito comum, é basicamente um mistério como esses buracos negros supermassivos se formaram. Os LRDs podem ser, na verdade, a fase de nascimento, ou a fase de bebê, desta formação, e podemos estar observando isso pela primeira vez.”

“Estrelas de buraco negro”

O mais próximo de um censo dos pequenos pontos vermelhos veio em 2023, depois que uma equipe de pesquisadores liderada por Anna de Graaff, uma bolsista Clay no CfA (Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian), iniciou um programa chamado RUBIES (Incógnitas Vermelhas: Levantamento Extragaláctico Infravermelho Brilhante).

O programa gastou uma quantidade significativa de tempo do telescópio Webb — 60 horas — analisando milhares de objetos vermelhos e brilhantes.

“Foi realmente o primeiro programa a buscar essas fontes vermelhas sistematicamente, observando todos os tipos de objetos estranhos — não apenas pequenos pontos vermelhos — mas, entre eles, também cerca de 40 LRDs”, disse de Graaff.

A maior surpresa, acrescentou de Graaff, é um objeto que ela chama de “O Penhasco”, cujas características parecem refutar as hipóteses iniciais sobre o que os LRDs poderiam ser.

“Esta fonte é realmente a primeira onde pudemos dizer sem ambiguidade: isto não é nem uma galáxia normal nem um buraco negro envolto em poeira — tem que ser outra coisa”, disse de Graaf, que era bolsista de pós-doutorado no MPIA (Instituto Max Planck de Astronomia) na Alemanha durante as observações do RUBIES e quando ela e sua equipe analisaram e descreveram a descoberta de O Penhasco. “Foi um momento de avanço.”

O Penhasco recebeu esse nome porque seu espectro de luz tem uma transição muito acentuada — de um ultravioleta fraco para um vermelho intenso.

“Uma característica que só pode ser causada por gás hidrogênio muito denso que tem uma temperatura um tanto quente”, disse de Graaff.

“Isso é surpreendente, porque significa que os LRDs não são vermelhos porque têm estrelas velhas ou porque têm poeira, mas são vermelhos porque a luz está sendo absorvida por um gás muito denso que envolve um motor central, que acreditamos ser um buraco negro. E isso é algo que nunca foi observado antes”, disse de Graaff, enfatizando o fato de que O Penhasco sugere a existência de um novo tipo de objeto cósmico.

Em alguns artigos, de Graaff refere-se a tais objetos como “estrelas de buraco negro”, um nome que ela descreve como um pouco apelativo para cliques, mas não inteiramente errado.

“Nós realmente achamos que há um buraco negro lá que o está alimentando, e a luz desse buraco negro está iluminando o gás ao seu redor, de uma maneira um pouco semelhante ao que vemos nas estrelas”, disse ela.

Buracos negros em si não emitem luz, mas o material superaquecido que cai neles brilha intensamente, de modo que buracos negros em crescimento estão entre os objetos mais brilhantes do universo.

“Verdadeiramente desconhecido”

O Penhasco também compartilha semelhanças com objetos teóricos chamados quase-estrelas, que foram previstos em 2006 — bem antes da descoberta dos pequenos pontos vermelhos — por Mitch Begelman, professor no departamento de ciências astrofísicas e planetárias da Universidade do Colorado em Boulder, com os colegas Marta Volonteri e Martin Rees.

Eles descreveram uma quase-estrela como uma estrela que é alimentada não por fusão nuclear, mas por um buraco negro, que é cercado por uma nuvem massiva de gás que a faz brilhar como uma estrela.

Ao contrário da estrela de buraco negro de de Graaff, um termo mais vago para uma estrela alimentada por um buraco negro de origem desconhecida, uma quase-estrela é um modelo teórico definido, no qual o buraco negro é o resultado do colapso de uma protoestrela massiva.

“Percebi que havíamos previsto a existência de buracos negros com enormes envelopes de matéria.

Não acho que tenhamos necessariamente a prova definitiva de que esta é a explicação para os LRDs, mas até agora não vi nenhuma evidência que apresente um problema intransponível para esse cenário”, disse Begelman.

Um híbrido estranho entre uma estrela e um buraco negro seria um novo tipo de objeto cósmico, então há, compreensivelmente, certa cautela dos pesquisadores em declarar as quase-estrelas como as vencedoras do debate sobre os pequenos pontos vermelhos.

“Pode muito bem ser que os LRDs sejam quase-estrelas, mas, na minha opinião, ainda não descartamos totalmente outros cenários”, disse Matthee. “Eu certamente adoraria que isso fosse verdade, pois implicaria que descobrimos um novo tipo de fenômeno astrofísico que une estrelas e buracos negros supermassivos, mas é cedo demais para dizer, na minha opinião.”

Para de Graaff, o problema principal com as quase-estrelas é que elas são um tipo específico de objeto, e simplesmente não sabemos o suficiente sobre os LRDs ainda.

“É muito difícil provar que existe um buraco negro nos LRDs; a evidência é inexistente no momento”, disse ela. “A única razão pela qual pensamos que existem buracos negros neles é porque são muito luminosos e porque existem muitos deles. Esse é o nosso pressentimento científico, mas provar isso de fato é difícil.”

É difícil precisar em que estágio do debate sobre os pequenos pontos vermelhos a comunidade científica pode estar agora, mas a maioria dos pesquisadores acha que não estão nem perto de uma resolução. No entanto, é isso que torna os objetos tão interessantes.

“Acho que eles são a maior surpresa do James Webb, e é o tipo de surpresa que se esperaria”, disse de Graaff.

“O James Webb é uma missão espacial de US$ 10 bilhões (cerca de R$ 52,5 bilhões, cotação atual), e você espera encontrar coisas que sejam verdadeiramente desconhecidas”, acrescentou ela.

“Acho que ele cumpriu o prometido. Realmente nos deu um novo quebra-cabeça, algo que se parece um pouco com uma galáxia, um pouco com um buraco negro e um pouco com uma estrela — especialistas de todas essas comunidades estão agora tentando contribuir e apresentar sua teoria favorita ou seus insights. E acho que isso é realmente único.”

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