Desde que o Telescópio Espacial James Webb (JWST) iniciou as operações científicas, os astrônomos têm se interessado pelos estranhos pontos vermelhos que aparecem em suas imagens do universo distante. Cientistas da Universidade de Copenhague determinaram agora o que são esses objetos, revelando a extrema atividade cósmica escondida dentro de densas nuvens de gás ionizado. Suas descobertas foram publicadas em natureza 14 de janeiro.
Quando James Webb capturou a primeira imagem em dezembro de 2021 a cerca de 1,5 milhão de quilômetros de distância da Terra, os pesquisadores rapidamente notaram algo inesperado. Estrelas e galáxias são pontilhadas por pequenos pontos inexplicáveis de luz vermelha que não se enquadram nos modelos existentes do universo primitivo.
Mistérios cósmicos do universo primitivo
Esses objetos, apelidados de “pequenos pontos vermelhos”, apareceram quando o universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos. Após cerca de um bilhão de anos, eles pareceram desaparecer de vista. A sua breve aparição levanta uma grande questão: o que são exactamente estas fontes de luz vermelha?
Uma ideia inicial sugeria que se tratavam de galáxias massivas, suficientemente brilhantes para serem detectadas ao longo dos 13 mil milhões de anos de história do Universo. No entanto, esta explicação contradiz o que os cientistas sabem sobre a formação de galáxias. Galáxias tão grandes não deveriam ter existido tão cedo após o Big Bang porque precisariam de mais tempo para se desenvolverem.
Buraco negro escondido em casulo de gás
Depois de dois anos analisando os dados de Webb, os pesquisadores do Centro para o Amanhecer Cósmico do Instituto Niels Bohr chegaram a uma conclusão diferente. O ponto vermelho é alimentado por um buraco negro, o objeto mais extremo conhecido no universo. Estas observações fornecem uma visão rara de como os primeiros buracos negros se formaram e começaram a crescer.
“Estes pequenos pontos vermelhos são buracos negros jovens com uma massa cem vezes menor do que se pensava anteriormente, e estão envoltos num casulo de gás que consomem para crescerem. Este processo gera enormes quantidades de calor, que passa através do casulo. Esta radiação que passa através do casulo dá aos pequenos pontos vermelhos a sua cor vermelha única,” disse o professor Darak Watson, um dos principais autores do estudo.
“Eles são muito menos massivos do que se pensava anteriormente, por isso não precisamos invocar tipos de eventos inteiramente novos para explicá-los”.
A importância desta descoberta colocou a equipe do Cosmic Dawn Center na primeira página da Nature, uma das revistas científicas mais influentes do mundo.
Por que os buracos negros são “comedores aleatórios”
Os astrónomos identificaram agora centenas destes pequenos pontos vermelhos, que são todos buracos negros jovens. Embora estejam entre os menores buracos negros já observados, ainda são massivos para os padrões diários, pesando até 10 milhões de vezes a massa do Sol e medindo cerca de 10 milhões de quilômetros de diâmetro.
Os buracos negros crescem sugando gás e poeira próximos. Como seus horizontes de eventos são relativamente pequenos, o material que cai torna-se extremamente quente e brilhante antes de passar do ponto sem retorno. Este processo libera mais energia do que quase qualquer outro fenômeno conhecido no universo. A intensa radiação empurra a maior parte do material que chega de volta para fora, em vez de permitir que seja engolido.
“À medida que o gás cai em direção ao buraco negro, ele espirala para baixo em uma espécie de disco ou funil em direção à superfície do buraco negro. Ele acaba se movendo tão rápido e sendo comprimido tão densamente que gera temperaturas de milhões de graus e emite luz brilhante. Mas apenas uma pequena quantidade do gás é engolida pelo buraco negro. À medida que o buraco negro gira, a maior parte do gás é soprada de volta dos pólos. É por isso que chamamos os buracos negros de ‘comedores'”, explicou Darak Watson.
Resolvendo o problema do rápido crescimento do buraco negro
Cada grande galáxia, incluindo a Via Láctea, contém um buraco negro supermassivo no seu centro. A massa da nossa galáxia é cerca de quatro milhões de vezes a do Sol. Apesar da sua importância, os cientistas ainda estão a tentar compreender como é que estes objetos massivos se formaram tão cedo na história do Universo.
As novas descobertas ajudam a explicar como os buracos negros supermassivos, alguns dos quais são milhares de milhões de vezes mais massivos que o nosso Sol, surgiram apenas 700 milhões de anos após o Big Bang. A observação destes jovens buracos negros durante a sua intensa fase de crescimento preenche um capítulo que faltava na evolução do Universo.
“Capturamos buracos negros jovens no meio do seu surto de crescimento, algo que nunca tínhamos observado antes,” disse Darak Watson. “O casulo de gás denso ao seu redor fornece o combustível de que precisam para crescer rapidamente.”
