Quando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) iniciou as observações científicas em julho de 2022, abriu uma nova janela para o Universo. Com ele, foi possível recuar mais no tempo do que com qualquer outro telescópio - e, pelo caminho, surgiram várias surpresas.
Entre as mais intrigantes está uma população a que os astrónomos chamaram Pequenos Pontos Vermelhos (LRD): objectos antigos e ténues que o JWST conseguiu detectar em épocas tão remotas como apenas 600 milhões de anos após a Grande Explosão.
O JWST identificou mais de 300 LRD, e o seu brilho sugeria massas estelares enormes. Apesar de uma interpretação inicial os apontar como galáxias, nem todos concordaram, e as dúvidas multiplicaram-se. O simples facto de existirem tantos LRD num período tão precoce entrou em choque com o que se pensa saber sobre o cosmos primordial.
Ainda assim, há um ponto em que os investigadores parecem convergir: seja qual for a sua natureza, estes objectos são essenciais para perceber como o Universo cresceu e evoluiu até ao cenário actual.
Porque pareciam núcleos galácticos activos (AGN) - e porque não
Os primeiros trabalhos indicaram que os LRD poderiam ser núcleos galácticos activos (AGN) com buracos negros supermassivos (SMBH) no centro. Essa hipótese ajuda a explicar a sua tonalidade vermelha característica, possivelmente causada por enormes quantidades de gás e poeira a envolver os objectos sob a forma de discos de acreção.
No entanto, noutros aspectos, os LRD não se comportam como AGN típicos. Não emitem raios X detectáveis, apresentam um espectro plano no infravermelho e exibem muito pouca variabilidade.
A hipótese das Estrelas Supermassivas (SMS) para os Pequenos Pontos Vermelhos (LRD)
Um estudo recente propõe que os LRD talvez nem sejam galáxias, mas sim um tipo hipotético de estrela: as Estrelas Supermassivas (SMS). Para muitos astrónomos, estas SMS podem constituir uma etapa intermédia crucial na formação das sementes de SMBH. Esses buracos negros, por sua vez, alimentariam os quasares que os cientistas já observaram no Universo muito jovem.
O trabalho chama-se “As Estrelas Supermassivas Correspondem às Assinaturas Espectrais dos Pequenos Pontos Vermelhos do JWST”. Os autores são Devesh Nandal, do Departamento de Astronomia da Universidade da Virgínia, e Abraham Loeb, de Harvard e do Centro de Astrofísica do Smithsonian. O estudo está disponível em arxiv.org.
Nas palavras dos autores: “O Telescópio Espacial James Webb (JWST) revelou uma população de fontes compactas enigmáticas a elevado desvio para o vermelho, conhecidas como ‘Pequenos Pontos Vermelhos’ (LRD), cuja natureza física continua a ser alvo de intenso debate.”
E acrescentam: “Em paralelo, a montagem rápida dos primeiros buracos negros supermassivos (SMBH) exige a formação de sementes pesadas, para as quais as estrelas supermassivas (SMS) são progenitores teóricos de referência.”
Com esse enquadramento, os investigadores avançaram para um teste quantitativo: avaliar se os LRD podem ser, de facto, SMS primordiais.
As SMS são, em teoria, objectos com cerca de 106 massas solares. A ideia central é que só poderiam formar-se nas condições do Universo inicial e que, no fim, explodiriam como uma supernova de colapso do núcleo, originando buracos negros precoces que funcionariam como sementes para SMBH. Esta via ajudaria a explicar porque é que se encontram SMBH tão cedo na história cósmica - muito antes do que muitas teorias actuais fariam esperar.
Os autores resumem uma possibilidade observacional concreta: “Os LRD podem representar a luz fotosférica directa de SMS em acreção apanhadas nos últimos ≲ 103 anos antes do colapso.” E concluem: “Este tempo de vida curto é compatível com a raridade dos LRD, sugerindo que são uma fase fugaz, mas crucial, na formação de galáxias e buracos negros.”
Modelos atmosféricos, espectros e os casos MoM-BH*-1 e O Penhasco
Para pôr a hipótese à prova, a equipa construiu modelos atmosféricos detalhados para uma SMS de 106 massas solares e sem metais. Sendo estrelas da População III, espera-se precisamente que não contenham metais. Segundo o estudo, este modelo consegue reproduzir as propriedades observadas nos LRD.
Nas simulações, a SMS atingiu uma luminosidade compatível com a dos LRD e as suas características espectrais também ficaram em linha com o que se mede. Isto é especialmente relevante porque, como referem, “O teste definitivo do nosso modelo é a sua capacidade de reproduzir os espectros observados dos LRD.” Para essa comparação, os autores concentraram-se em dois LRD muito citados na literatura científica: MoM-BH*-1 e O Penhasco.
De acordo com a análise apresentada, “Uma característica definidora dos espectros dos LRD é a presença simultânea de uma linha de emissão Hβ forte e larga, juntamente com outras linhas de Balmer em absorção.” Para Nandal e Loeb, este padrão pode resultar de uma fotosfera estendida e densa em torno das SMS.
Os autores descrevem o trabalho como “uma investigação, a partir de primeiros princípios, sobre se estrelas supermassivas (SMS) da População III podem servir como motores centrais para a classe enigmática de objectos conhecida como Pequenos Pontos Vermelhos (LRD).”
No balanço do que dizem ter demonstrado, afirmam que SMS com 106 massas solares reproduzem a luminosidade dos LRD; que uma fotosfera estelar estendida pode explicar a descontinuidade de Balmer em forma de V observada nos LRD; e que os espectros previstos para SMS se alinham com os espectros medidos destes objectos.
Na formulação dos próprios autores: “Em conclusão, o nosso modelo de SMS fornece um quadro físico notavelmente simples e auto-consistente para os LRD.” Em contraste, explicam, os modelos que interpretam os LRD como AGN tendem a exigir componentes separadas para emissão, absorção e contínuo, ao passo que a proposta das SMS oferece uma origem unificada. Esta leitura é coerente com a Navalha de Occam, que recomenda explicações com o menor número de elementos.
Apesar de um único estudo não resolver a questão por si só, os autores defendem que estabelece uma base para investigações mais profundas: “Trabalhos futuros deverão procurar desenvolver a fundação aqui estabelecida.” Em particular, modelos mais abrangentes poderão testar se existem trajectórias distintas - com massas e propriedades diferentes - capazes de produzir a população de LRD observada.
Observar os Pequenos Pontos Vermelhos é extremamente difícil: estão no limite das capacidades do JWST. Embora no futuro possa existir um sucessor mais poderoso, por agora os cientistas têm de extrair o máximo do que o observatório actual consegue fornecer.
Se vier a confirmar-se que as “galáxias” Pequenos Pontos Vermelhos não são galáxias, mas sim estrelas supermassivas que antecedem os buracos negros supermassivos (SMBH) de hoje, ficará esclarecida uma das perguntas mais apelativas da astronomia. Os investigadores podem continuar a reforçar o argumento de que os LRD são SMS, mas a confirmação definitiva poderá ainda demorar bastante.
Este artigo foi publicado originalmente no Universo Hoje. Leia o artigo original.
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