Desde que o Telescópio Espacial James Webb da NASA revelou pela primeira vez os Pequenos Pontos Vermelhos (LRDs) em 2022, os astrônomos têm tentado determinar exatamente o que são esses objetos estranhos. Fontes vermelhas compactas e muito distantes aparecem em todo o universo primitivo, mas a sua verdadeira natureza é difícil de explicar.
Uma das ideias principais é que os pequenos pontos vermelhos são buracos negros supermassivos conhecidos como núcleos galácticos ativos. No entanto, eles não se comportam exatamente como os núcleos galácticos ativos que os astrônomos observam no universo próximo. LRDs são comuns em altos redshifts, mas seu número diminui drasticamente em baixos redshifts. (Quanto maior o desvio para o vermelho, mais longe a luz percorreu o universo.) Esta diferença levanta uma questão importante: o que acontece a estes objetos misteriosos à medida que o universo fica maior?
Um possível caminho evolutivo para pequenos pontos vermelhos
Uma equipe de pesquisa liderada por Pierluigi Rinaldi, do Steward Observatory da Universidade do Arizona, agora no Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore, pode ter encontrado parte da resposta. Com base em pesquisas anteriores, a equipe publicou um novo estudo em 29 de julho Jornal de Astrofísica.
Os seus resultados sugerem que os pequenos pontos vermelhos podem não representar uma população de galáxias completamente separada. Em vez disso, a sua aparência incomum pode ser devida em parte ao viés observacional. A grandes distâncias, parte da estrutura circundante torna-se tão tênue que os telescópios atuais não conseguem detectá-la, deixando apenas visível a fonte central brilhante.
Os pesquisadores chegaram a esta conclusão estudando uma galáxia espiral com redshift inferior chamada WISEA J123635.56+621424.2. Eles o apelidaram de “saguaro” porque seus braços espirais proeminentes lembram um cacto encontrado no deserto de Sonora, no sudoeste dos Estados Unidos. A galáxia está no redshift 2, o que significa que os astrônomos a veem como ela apareceu cerca de 3,3 bilhões de anos após o Big Bang. No seu centro está uma fonte vermelha compacta que se parece muito com um pequeno ponto vermelho e até evoca a fruta vermelho rubi de um cacto do deserto.
“Qualquer coisa que se formou no universo primitivo deve ter evoluído para algo ao nosso redor”, disse o co-autor George Rieke, da Universidade do Arizona.
Observações anteriores do Telescópio Espacial Spitzer aposentado da NASA forneceram o primeiro vislumbre de uma população de galáxias densa e coberta de poeira no universo com redshift inferior que inclui Saguaro. Estas descobertas abriram caminho para observações mais detalhadas com o Telescópio Espacial Hubble e o Telescópio Espacial James Webb da NASA.
Fabio Pacucci, do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica em Cambridge, Massachusetts, e um dos autores do estudo, disse: “Saguaro é importante porque é um pequeno ponto vermelho primordial e um dos poucos que encontramos com desvio para o vermelho inferior. Pode ser usado para estudar o caminho destes pontos ao longo do tempo cósmico.”
Webb e Hubble revelam Saguaro em detalhes
Rinaldi examinou milhares de fontes em diversas pesquisas astronômicas, mas Saguaro se destacou porque os pesquisadores fizeram observações extraordinariamente úteis. Um dos conjuntos de microobturadores Webb foi posicionado diretamente sobre o núcleo da galáxia, permitindo ao telescópio coletar dados espectroscópicos de seu centro. O menor desvio para o vermelho da galáxia também deu aos astrónomos uma visão mais clara da sua estrutura maior.
A equipe combinou observações de arquivo do Hubble e do Webb para pesquisar a galáxia espiral o mais ampla possível em todo o espectro eletromagnético. O Hubble forneceu imagens ultravioletas, enquanto o Webb forneceu imagens infravermelhas e dados espectroscópicos.
“Como Saguaro tem um desvio para o vermelho mais baixo, podemos ver a bela e brilhante galáxia hospedeira em alta resolução e detalhe com o Webb e o Hubble,” disse Zhihao Wu do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian e co-autor do estudo. As observações na Web podem ajudar-nos a compreender como a galáxia e o seu pequeno núcleo vermelho estão ligados.
Os pesquisadores usaram vários métodos para testar se o centro compacto vermelho de Saguaro realmente atendia às características definidoras de um LRD típico. As observações de Hubble e Webb mostraram que o núcleo brilha mais fortemente do que a luz visível nos comprimentos de onda ultravioleta e infravermelho, também vistos na pequena mancha vermelha distante.
A equipe também separou a luz proveniente da própria galáxia da luz produzida pelo seu núcleo e verificou se o objeto estava emitindo raios X.
A maioria dos pequenos pontos vermelhos não são detectáveis com alto desvio para o vermelho na luz de raios X. Saguaro, no entanto, produziu uma fraca emissão de raios X que foi detectada pelo Observatório de Raios X Chandra da NASA.
Chris Gilbert, estudante de pós-graduação da Universidade da Cidade do Cabo, na África do Sul, e um dos autores do artigo, diz: “O que as observações de raios X mostram é que esta galáxia tem um núcleo galáctico ativo, mas muito fraco. Este tipo de combinação poderia explicar a falta de emissão de raios X que vemos em todos os outros Pequenos Pontos Vermelhos. Ele se encaixa bem no quebra-cabeça Little Red Dot.”
Qual seria a aparência de um saguaro no universo primitivo?
Os pesquisadores então conduziram outro experimento revelador. Depois que o núcleo vermelho compacto de Saguaro foi determinado para corresponder às características de uma pequena mancha vermelha, eles mudaram digitalmente a galáxia para um desvio para o vermelho mais alto para simular como seria se os observadores a vissem muito mais atrás na história cósmica.
O resultado foi impressionante. À medida que Saguaro se movia para distâncias simuladas maiores, a galáxia circundante tornou-se demasiado ténue para ser vista. A sua estrutura helicoidal desapareceu efetivamente, enquanto uma fonte brilhante semelhante ao LRD era visível no centro.
Este resultado apoia a ideia de que pelo menos algumas manchas vermelhas distantes podem parecer isoladas porque os astrónomos não conseguem detectar galáxias muito mais ténues à sua volta.
“A nossa teoria é que a maioria destas fontes distantes são afetadas por este efeito cósmico, criando um viés observacional”, diz Rinaldi. Simplesmente não conseguimos amostrar a vizinhança direta dos pontos vermelhos de alto deslocamento porque a sua vizinhança é demasiado ténue para ser visível mesmo com a teia. Os pequenos pontos vermelhos são muito mais complicados do que apenas um ponto. Eles são apenas a ponta do iceberg – um enorme buraco negro que interage com o seu entorno.
Fase oculta do crescimento do superburaco negro
Com base no estudo de caso de Saguaro, os investigadores sugerem que os Pequenos Pontos Vermelhos podem não constituir uma classe única de galáxias. Em vez disso, poderão representar uma fase temporária em que os buracos negros massivos são particularmente activos.
Se assim for, Saguaro poderia fornecer uma ligação importante entre a grande população de pequenos pontos vermelhos que Webb vê em alto desvio para o vermelho e as galáxias que povoam o Universo mais recente.
Os pesquisadores alertam que Saguaro não pode representar todos os LRD. Em vez disso, sugerem que representa um possível estágio na evolução destas fontes vermelhas compactas.
Mais observações são necessárias para fortalecer esta interpretação. A equipe planeja continuar estudando Saguaro e procurar outras galáxias semelhantes a Saguaro com menor desvio para o vermelho. Os investigadores também planeiam vasculhar os extensos arquivos da Web para criar um censo mais amplo dos Pequenos Pontos Vermelhos e examinar como o seu ambiente afecta a sua evolução.
Juntos, estes esforços poderão ajudar os astrónomos a reconstruir a linhagem do Pequeno Ponto Vermelho e a determinar como estas fontes misteriosas do universo primitivo evoluíram ao longo do tempo cósmico.
Webb e Hubble continuam a explorar a história cósmica
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb está resolvendo mistérios em nosso sistema solar, observando mundos distantes ao redor de outras estrelas e investigando as misteriosas estruturas e origens do universo e nosso lugar nele. A Web é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros, ESA (Agência Espacial Europeia) e CSA (Agência Espacial Canadense).
O Telescópio Espacial Hubble está em operação há mais de três décadas e continua a fazer descobertas inovadoras que moldam a nossa compreensão fundamental do universo. Hubble é um projeto de colaboração internacional entre a NASA e a ESA (Agência Espacial Europeia). O Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, gerencia o telescópio e as operações da missão. A Lockheed Martin Space, com sede em Denver, também apoia operações missionárias em Goddard. O Space Telescope Science Institute em Baltimore, operado pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia, conduz as operações científicas do Hubble para a NASA.
