Em 2023, observações do Telescópio Espacial James Webb revelaram uma população de objetos compactos e avermelhados nas regiões mais distantes do Universo. Um estudo publicado na revista Nature Astronomy indica que esses pequenos pontos vermelhos podem ser evidências dos primeiros buracos negros supermaciços e ajudar a explicar como estrelas e galáxias se formaram no início do Cosmo.
Os objetos são vistos em uma época em que o Universo tinha apenas cerca de um bilhão de anos, considerando o tempo que a luz leva para chegar até nós. Como estão muito distantes e ocupam uma área extremamente compacta, a maior parte de sua luz vem de uma região menor que 2% do tamanho da Via Láctea.
O que os pontos podem ser
A hipótese mais aceita é que a maioria desses objetos contenha buracos negros supermaciços jovens. Alguns consumiriam matéria em uma velocidade tão alta que sua região externa passaria a se comportar como a superfície de uma estrela. Esses objetos são chamados de estrelas de buraco negro.
Outra possibilidade é que parte dos pequenos pontos vermelhos corresponda a regiões de formação estelar extrema, responsáveis pelo surgimento das galáxias mais maciças do Universo. Para investigar essas possibilidades, os astrônomos analisam as galáxias hospedeiras e procuram compreender como elas crescem junto com os buracos negros supermaciços.
O estudo liderado por Yiyang Zhang, da Universidade de Wuhan, na China, utilizou imagens de alta definição obtidas pelo James Webb na região COSMOS-Web. Essa área cobre uma extensão do espaço equivalente a cerca de três vezes o tamanho da Lua. Nela, foram identificados mais de 400 pequenos pontos vermelhos.
Galáxias pequenas e núcleos muito brilhantes
Medir as galáxias hospedeiras é difícil porque a luz intensa da região central encobre os objetos mais fracos ao redor. Para contornar o problema, os pesquisadores modelaram a óptica do telescópio e removeram a luz central de cada imagem. Depois, combinaram 217 imagens para analisar a luminosidade das galáxias hospedeiras.
Os resultados mostram que, nos comprimentos de onda vermelhos observados, essas galáxias representam apenas cerca de 10% da luz total dos pequenos pontos vermelhos. Isso indica que o centro dos objetos emite muito mais luz do que a galáxia que o abriga.
As galáxias hospedeiras também têm apenas 40% do tamanho de galáxias típicas daquele estágio inicial do Universo, ou cerca de 4% do tamanho atual da Via Láctea. Esse resultado sugere que os pequenos pontos vermelhos se formam em condições específicas, diferentes das encontradas na maioria das galáxias.
Estrelas e crescimento dos buracos negros
A estimativa do número de estrelas depende da luz óptica vermelha e do infravermelho próximo, regiões do espectro em que estrelas menores, mais frias e mais numerosas costumam emitir grande parte de sua radiação. Nos pequenos pontos vermelhos, porém, os buracos negros centrais também produzem muita luz nesses comprimentos de onda.
Depois de retirar essa emissão central, os pesquisadores calcularam que as galáxias hospedeiras têm cerca de 1 bilhão de estrelas, apenas 4% da quantidade existente na Via Láctea. A massa dos buracos negros ainda é incerta, mas estudos indicam uma faixa entre 10 milhões e 1 bilhão de vezes a massa do Sol.
Essa relação sugere que os buracos negros supermaciços podem ter acumulado a maior parte de sua massa antes que as galáxias formassem a maioria de suas estrelas. O estudo, contudo, não determina exatamente como os pequenos pontos vermelhos surgem e evoluem. A formação desses objetos e a relação entre seus buracos negros e suas galáxias hospedeiras continuam em investigação.
