Como se formaram os primeiros buracos negros?

Um novo estudo mostra que os "pequenos pontos vermelhos" vistos pelo JWST oferecem uma explicação mais simples. 

Esta ilustração artística mostra uma estrela supermassiva com aproximadamente um milhão de vezes a massa do nosso Sol, seccionada para revelar a estrutura do seu núcleo denso. Tais objetos produzem quantidades enormes de energia, mas, como suas camadas externas são extensas e difusas, a energia do núcleo se espalha por um volume imenso. Isso reduz a temperatura da superfície da estrela, fazendo com que ela pareça vermelha. Pesquisadores agora acreditam que essas estrelas são os pequenos pontos vermelhos descobertos inicialmente pelo Telescópio Espacial Hubble e analisados ​​mais detalhadamente pelo Telescópio Espacial James Webb. Crédito: CfA/Melissa Weiss 

Durante uma conferência de imprensa na 247ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em Phoenix, Devesh Nandal, do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA) e principal autor do estudo, revelou que os objetos distantes mais misteriosos do universo, conhecidos como pequenos pontos vermelhos, podem na verdade ser estrelas gigantescas e de curta duração.

Antes de iniciar a parte principal de sua palestra, Nandal fez uma pergunta à plateia: "Qual o tamanho máximo que uma estrela pode atingir na sua opinião?" Ele então explicou como uma nova abordagem para responder a essa pergunta era relevante para a descoberta de sua equipe.

A equipe coletou dados para este estudo , que será publicado no  The Astrophysical Journal , a partir do Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA. Ele mostra como os primeiros buracos negros supermassivos podem ter se formado e contribui significativamente para a compreensão do universo primitivo.

À medida que o universo se expande, os comprimentos de onda da luz proveniente de objetos distantes se alongam e tornam-se mais vermelhos. Quanto mais distante o objeto, maior o alongamento. Os primeiros telescópios espaciais, como o Hubble, foram construídos para detectar comprimentos de onda de luz mais curtos. Nesses dados, os cientistas observaram pequenos objetos interessantes que chamaram de pequenos pontos vermelhos (LRDs, na sigla em inglês), mas não conseguiam determinar exatamente o que eram.

Em 2022, as primeiras imagens de alta resolução do Telescópio Espacial James Webb, projetado para coletar comprimentos de onda mais longos da luz, também revelaram as LRDs (dispositivos de radiação de longo alcance). Os novos dados ajudaram os pesquisadores a refletir sobre o que esses objetos poderiam ser.

Uma nova teoria

Teorias anteriores que explicavam as LRDs exigiam explicações complexas envolvendo buracos negros, discos de acreção e nuvens de poeira. O novo modelo, por outro lado, mostra que uma estrela massiva também pode produzir as principais características das LRDs: brilho extremo e um espectro distinto em forma de V com uma linha de emissão de hidrogênio brilhante.

Assim, a equipe criou um modelo de uma estrela supermassiva rara, livre de metais e em rápido crescimento, com cerca de um milhão de vezes a massa do Sol, e mostrou que suas características correspondiam às observações de anãs vermelhas de baixa energia (LRDs).

“Os pequenos pontos vermelhos têm sido motivo de controvérsia desde a sua descoberta”, disse Nandal. “Mas agora, com novos modelos, sabemos o que se esconde no centro desses objetos massivos, e trata-se de 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.”

Astronomy.com