Cientistas usam o JWST para examinar estrelas monstruosas ancestrais que podem revelar o nascimento de buracos negros.

Um novo estudo mostra que os misteriosos "Pequenos Pontos Vermelhos" observados pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA são provavelmente estrelas supermassivas, lançando luz sobre os primórdios do nosso universo.

Cientistas do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA) descobriram que as características únicas das estrelas supermassivas se alinham com as características igualmente únicas dos pequenos pontos vermelhos, uma classe de objetos recentemente revelada no universo distante pelo Telescópio Espacial James Webb (Webb). Esta ilustração artística mostra uma estrela supermassiva com aproximadamente um milhão de vezes a massa do nosso Sol, envolta por uma camada externa e seccionada para revelar a estrutura de seu núcleo denso. Assim como suas contrapartes massivas, as estrelas extremamente massivas possuem um núcleo convectivo onde ocorrem reações nucleares, produzindo enormes quantidades de energia transportadas para a superfície por fótons. Apesar disso, as camadas externas são enormemente extensas e difusas, de modo que a energia do núcleo se espalha por um volume imenso antes de atingir a superfície. Isso, por sua vez, reduz a temperatura da superfície da estrela, conferindo-lhe uma distinta aparência vermelha. Crédito: CfA/Melissa Weiss

Usando dados do Telescópio Espacial James Webb da NASA, astrônomos do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA) revelaram que os objetos distantes mais misteriosos do universo, conhecidos como pequenos pontos vermelhos, podem na verdade ser estrelas gigantescas e de vida curta.

As descobertas oferecem uma visão direta de como os primeiros buracos negros supermassivos do universo podem ter se formado, representando um avanço na compreensão dos cientistas sobre o cosmos primitivo.

O estudo foi apresentado hoje em uma coletiva de imprensa durante a 247ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em Phoenix, Arizona.

À medida que o universo se expande, a luz de objetos muito distantes adquire tonalidades mais avermelhadas. Os primeiros telescópios espaciais, como o Hubble, foram construídos para detectar comprimentos de onda mais curtos, e embora tenham observado alvos interessantes que mais tarde se revelaram pequenos pontos vermelhos, os cientistas não conseguiam determinar exatamente o que eram.

Em 2022, as primeiras imagens de alta resolução do Webb, um telescópio projetado para observar comprimentos de onda de luz mais longos, revelaram pequenos pontos vermelhos no universo distante. Os novos resultados forneceram aos cientistas mais informações sobre o que esses objetos misteriosos, compactos e muito antigos poderiam ser.

Teorias anteriores que explicavam os pequenos pontos vermelhos exigiam explicações complexas envolvendo buracos negros, discos de acreção e nuvens de poeira, mas o novo modelo mostra que uma única estrela massiva também pode produzir naturalmente todas as características principais dos pequenos pontos vermelhos: brilho extremo, um espectro distinto em forma de V e a rara combinação de uma emissão brilhante de hidrogênio.

Agora, pela primeira vez, astrônomos criaram um modelo físico detalhado de uma estrela supermassiva rara, livre de metais e em rápido crescimento, com cerca de um milhão de vezes a massa do Sol, e mostraram que suas características únicas correspondem perfeitamente a pequenos pontos vermelhos.

"Os pequenos pontos vermelhos têm sido motivo de controvérsia desde a sua descoberta", disse Devesh Nandal, astrônomo do CfA e principal autor do novo estudo. "Mas agora, com novos modelos, sabemos o que se esconde no centro desses objetos massivos: uma única estrela gigantesca envolta em um tênue envelope. E, o mais importante, essas descobertas explicam tudo o que o Webb tem observado."

Embora estrelas com uma ampla gama de massas se alinhem com as medições espectrais dos pequenos pontos vermelhos, apenas as mais massivas apresentam a luminosidade correta. Nandal e seus colegas acreditam que, se encontrarem outros pequenos pontos vermelhos menos luminosos e massivos do que os estudados, poderão desvendar a verdade sobre o porquê e como isso acontece.

Os novos resultados estão ajudando os cientistas a dar um passo a mais na compreensão dos pequenos pontos vermelhos, fornecendo evidências diretas dos momentos finais e brilhantes que ocorrem pouco antes de uma estrela gigante colapsar em um buraco negro.

"Se nossa interpretação estiver correta, não estamos apenas supondo que sementes de buracos negros massivos tenham existido. Em vez disso, estamos observando algumas delas nascerem em tempo real", disse Nandal. "Isso nos dá uma compreensão muito mais sólida de como os buracos negros supermassivos e as galáxias do universo cresceram."

Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian