A descoberta de um sinal de raios X que coincide com a localização de um dos misteriosos “pequenos pontos vermelhos” encontrados pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) reforçou a teoria de que os pontos são “estrelas de buraco negro” – enormes e densos aglomerados de gás energizados pela presença de um buraco negro supermassivo em crescimento no seu interior.
Os pequenos pontos vermelhos podem ser a maior descoberta cosmológica feita até agora pelo JWST, e possivelmente a mais importante desde a descoberta do energia escura em 1998. Se forem o que os astrônomos pensam que são, então atuariam como um elo perdido crucial na formação não apenas de buracos negros supermassivos mas também o galáxias que crescem ao seu redor.
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“O ponto de raios X está presente nos dados do Chandra há mais de dez anos, mas não tínhamos ideia de quão notável era antes de Webb aparecer para observar o campo”, disse o astrônomo da Universidade de Princeton, Andy Goulding, em um declaração.
O Chandra identificou milhões de fontes de raios X no céu, mas a importância desta, catalogada como 3DHST-AEGIS-12014 (AEGIS refere-se ao Levantamento Internacional Extended Groth Strip de todos os comprimentos de onda), só se tornou aparente quando se notou que estava exatamente no mesmo local que um pequeno ponto vermelho visto pelo JWST. A fonte de raios X carrega uma energia não muito diferente da energia de raios X de quasaresque são galáxias que hospedam um grupo extremamente ativo buraco negromuitas vezes como resultado de uma fusão de galáxias que agita o gás e faz com que esse material caia em direção ao buraco negro.
Pequenos pontos vermelhos são compactos, chegando no máximo a algumas centenas anos-luz entre. Eles também são muito vermelhos, o que significa que são bastante frios – um estudo recente liderado por Anna de Graaf, de Harvard, identificou vapor de água neles, cuja existência nos diz quão frios devem ser os pequenos pontos vermelhos, na faixa de 3.092 a 6.692 graus Fahrenheit (1.700 a 3.700 graus Celsius). Isso parece quente para nós, mas é mais legal do que o nosso sol e, de fato, a maioria das estrelas, exceto as menos massivas anãs vermelhas.
Além disso, pequenos pontos vermelhos são objetos muito distantes, cuja existência se estima ter existido há 12 mil milhões de anos, ou ainda mais antiga. Medições fotométricas de 3DHST-AEGIS-12014 pelo Telescópio Espacial Hubble diga-nos que vemos este objeto intrigante tal como existia há 11,8 mil milhões de anos.
A descoberta de pequenos pontos vermelhos também cumpre potencialmente um dos principais objetivos científicos do JWST, que é tentar rastrear as origens dos buracos negros supermassivos e das galáxias que se reúnem em torno deles.
Como nascem os buracos negros supermassivos tem sido um mistério que confundiu os astrônomos. Eles se formam de baixo para cima, como buracos negros menores de massa estelar produzidos em supernova explosões se combinam entre si? Ou será que se formam de cima para baixo, através do colapso de uma vasta nuvem de gás contendo centenas de milhares ou mesmo milhões de vezes o tamanho do planeta? massa do nosso sol?
Acredita-se que os pequenos pontos vermelhos sejam enormes nuvens de gás que escondem dentro deles um buraco negro supermassivo que se alimenta da nuvem, devorando-a de dentro para fora. A nuvem de gás brilha a partir do calor e da energia irradiada do material que gira em torno do buraco negro e através de jatos colimados magneticamente de partículas carregadas que podem escapar da boca do buraco negro.
Embora os pequenos pontos vermelhos ainda não sejam uma prova definitiva de que os buracos negros supermassivos se formam através do processo de cima para baixo, eles indicam fortemente isso. A nova descoberta do Chandra reforça ainda mais essa hipótese.
“Os astrónomos têm tentado descobrir o que são os pequenos pontos vermelhos durante vários anos,” disse Raphael Hviding, do Instituto Max Planck de Astronomia da Alemanha, que é o principal autor do artigo científico que descreve a descoberta. “Este único objeto de raios X pode ser – para usar uma frase – o que nos permite conectar todos os pontos.”
Se a equipe de Hviding estiver correta, então este é o primeiro pequeno ponto vermelho a brilhar em raios X. Buracos negros supermassivos comuns em crescimento, como aqueles no coração dos quasares, brilham em raios X da matéria que é aquecida a milhões de graus à medida que cai em direção ao buraco negro. No entanto, num pequeno ponto vermelho, o gás circundante absorveria os raios X antes que estes pudessem escapar para o espaço, por isso normalmente não veríamos um pequeno ponto vermelho brilhando nos raios X. Isso marca 3DHST-AEGIS-12014 como algo diferente.
“Encontrar um pequeno ponto vermelho que pareça diferente dos outros nos dá uma nova visão importante sobre o que poderia alimentá-los”, disse de Graaf.
Então, por que de repente podemos ver raios X vindos de 3DHST-AEGIS-12014? A hipótese é que se trate de um objeto de transição entre o nascimento de um buraco negro supermassivo num pequeno ponto vermelho e os buracos negros supermassivos “nus” que vemos crescerem ainda mais no centro de galáxias ativas. Dentro de um pequeno ponto vermelho, o buraco negro está a crescer consumindo a nuvem de dentro para fora, o que eventualmente leva a buracos na nuvem que funcionam como janelas para o coração do pequeno ponto vermelho e para o buraco negro supermassivo que os astrónomos pensam que ali se esconde. Os raios X estão escapando por essas janelas.
Além disso, embora o sinal de raios X seja fraco a distâncias tão grandes, as observações do Chandra sugerem que o brilho dos raios X do 3DHST-AEGIS-12014 pode estar a mudar. Isso aconteceria à medida que a enorme nuvem de gás girasse e diferentes janelas, algumas grandes e outras menores, aparecessem.
A verdadeira identidade da contraparte de raios X do Chandra para um dos pequenos pontos vermelhos do JWST ainda não foi definida; uma possibilidade externa é que possa ser um buraco negro supermassivo rodeado por uma forma exótica de poeira quente. No entanto, tal poeira nunca foi vista antes, tornando este cenário improvável.
“Se confirmarmos o ponto de raios X como um pequeno ponto vermelho em transição, não só seria o primeiro do seu género, como também poderemos ver o coração de um pequeno ponto vermelho pela primeira vez”, disse Hanpu Liu, da Universidade de Princeton. “Teríamos também a evidência mais forte de que o crescimento de buracos negros supermassivos está no centro de alguns, se não de todos, da pequena população de pontos vermelhos.”
Se esta hipótese for confirmada, então os pequenos pontos vermelhos tornar-se-iam uma peça crucial no puzzle de como as galáxias e os seus buracos negros supermassivos se formam, permitindo aos astrónomos descobrir a história inicial de galáxias como a nossa. Via Láctea – um sonho dos astrônomos desde então Edwin Hubble reconhecido que outras galáxias existiam além da nossa.
A pesquisa foi publicada em março em As cartas do jornal astrofísico.
