Desde que o Telescópio Espacial James Webb da NASA revelou pela primeira vez o Little Red Dot (LRD) em 2022, os astrônomos têm tentado determinar o que são esses objetos estranhos. Fontes vermelhas densas e extremamente distantes aparecem no universo primitivo, mas a sua verdadeira natureza permanece difícil de explicar.
Uma ideia importante é que os pequenos pontos vermelhos são buracos negros supermassivos conhecidos como núcleos galácticos ativos. No entanto, eles não se comportam como os núcleos galácticos ativos observados pelos astrônomos no universo próximo. LRDs são comuns em altos redshifts, mas seus números diminuem rapidamente em baixos redshifts. (Quanto maior o desvio para o vermelho, mais longe a luz viajou no universo.) Essa diferença levanta uma questão importante: o que acontece com estes objetos misteriosos à medida que o universo envelhece?
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 O Jornal Astrofísico.
Os seus resultados sugerem que os pequenos pontos vermelhos podem não representar populações de galáxias completamente separadas. Em vez disso, a sua presença incomum pode ser, em parte, resultado de um viés observacional. A distâncias extremas, algumas das estruturas circundantes tornam-se demasiado ténues para serem detectadas pelos telescópios actuais, deixando apenas visível a fonte central brilhante.
Os investigadores chegaram a esta conclusão estudando uma galáxia espiral com redshift inferior chamada WISEA J123635.56+621424.2. Ele o apelidou de “Saguaro” porque seus braços espirais proeminentes lembram o cacto encontrado no deserto de Sonora, no sudoeste dos Estados Unidos. A galáxia está localizada 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 há uma fonte vermelha intensa que lembra um minúsculo ponto vermelho e ainda dá a impressão do fruto vermelho rubi de um cacto do deserto.
“Tudo o que foi criado no Universo primitivo deve ter evoluído para algo que nos rodeia”, disse o co-autor George Rieke, da Universidade do Arizona. “Temos muito pouca ideia do que são feitos os LRDs, mas estes resultados finalmente nos mostram como encontrar sua progênie”.
Observações anteriores do Telescópio Espacial Spitzer aposentado da NASA já haviam fornecido um vislumbre inicial da população de galáxias compactas e obscurecidas pela poeira no universo de baixo desvio para o vermelho que inclui Saguaro. Essas descobertas ajudaram a preparar o terreno para observações mais detalhadas com os telescópios espaciais Hubble e James Webb da NASA.
“Saguaro é importante porque é um pequeno ponto vermelho prototípico e um dos poucos que encontramos com baixo desvio para o vermelho. Pode ser usado para estudar o caminho destes pontos ao longo do tempo cósmico,” disse Fabio Pacucci do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica em Cambridge, Massachusetts, e co-autor do estudo.
Webb e Hubble revelam saguaros 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 de Webb estava localizado diretamente sobre o núcleo da galáxia, permitindo ao telescópio coletar dados espectroscópicos de seu centro. O menor desvio para o vermelho da galáxia também permitiu aos astrónomos ver claramente a sua estrutura maior.
Para examinar a galáxia espiral ao longo de todo o espectro eletromagnético possível, a equipe combinou observações de arquivo do Hubble e do Webb. 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 Zihao Wu do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian e co-autor do estudo. “As observações de Webb podem ajudar-nos a compreender como a galáxia e o seu núcleo semelhante a um pequeno ponto vermelho estão ligados.”
Os investigadores usaram vários métodos para investigar se o centro vermelho compacto do saguaro correspondia realmente às características definidoras de um LRD típico. As observações do Hubble e do Webb revelaram que o núcleo brilha mais fortemente nos comprimentos de onda ultravioleta e infravermelho do que na luz visível, também vista no distante Pequeno Ponto Vermelho.
A equipe também separou a luz proveniente da galáxia da luz proveniente de seu núcleo e examinou se o objeto emitia raios X.
A maioria dos pequenos pontos vermelhos com alto desvio para o vermelho não podem ser detectados na luz de raios X. No entanto, os saguaros produziram fracas emissões de raios X que foram detectadas pelo Observatório de Raios X Chandra da NASA.
“Observações de raios X mostram que esta galáxia tem um núcleo galáctico ativo e muito obscuro”, disse Carys Gilbert, estudante de mestrado na Universidade da Cidade do Cabo, na África do Sul, e coautor do artigo. “Não só está obscurecido, mas os raios X também são fracos. Tal 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 dos pequenos pontos vermelhos.”
Como seria um saguaro no início do universo
Depois disso, os pesquisadores realizaram outro teste revelador. Depois de estabelecer que o núcleo vermelho compacto de Saguaro corresponde às características de um pequeno ponto vermelho, eles mudaram digitalmente a galáxia para um desvio para o vermelho mais elevado para simular como seria se os observadores a vissem muito mais atrás na história cósmica.
O resultado foi chocante. À medida que os saguaros foram movidos para distâncias simuladas maiores, a galáxia circundante tornou-se demasiado ténue para ser vista. A sua estrutura espiral desapareceu efetivamente, enquanto a fonte brilhante semelhante ao LRD no centro permaneceu visível.
Este resultado apoia a ideia de que pelo menos alguns dos pequenos pontos vermelhos distantes podem parecer isolados porque os astrónomos não conseguem detectar as galáxias muito ténues que os rodeiam.
“A nossa teoria é que a maioria destas fontes distantes são afetadas por este efeito cosmológico, criando um viés observacional”, disse Rinaldi. “Simplesmente não somos capazes de obter amostras dos ambientes imediatos de pequenos pontos vermelhos com alto desvio para o vermelho porque os seus arredores são demasiado ténues para serem vistos mesmo com uma teia. Os pequenos pontos vermelhos são muito mais complexos do que apenas serem um ponto. Eles são apenas a ponta do iceberg – um buraco negro supermassivo interagindo com o seu entorno.”
Um estágio oculto de crescimento de buraco negro supermassivo
Com base no estudo do caso Saguaro, os investigadores sugerem que o minúsculo ponto vermelho pode não formar uma classe única de galáxia. Em vez disso, podem representar uma fase temporária em que os buracos negros supermassivos são particularmente activos.
Se assim for, Saguaro poderia fornecer uma ligação importante entre a grande população de pequenos pontos vermelhos vistos por Webb em altos desvios para o vermelho e as galáxias que habitam o universo recente.
Os pesquisadores alertam que Saguaro pode não representar todos os LRD. Em vez disso, propõem que reflecte uma possível fase na evolução destas fontes vermelhas compactas.
Mais observações seriam necessárias para fortalecer essa interpretação. A equipe planeja continuar estudando Saguaro e procurar outras galáxias semelhantes a Saguaro em redshifts mais baixos. Os pesquisadores também planejam examinar a extensa coleção de Webb para criar um censo abrangente de pequenos pontos vermelhos e examinar como o ambiente ao seu redor afeta seu desenvolvimento.
Juntos, estes esforços podem ajudar os astrónomos a reconstruir a árvore genealógica de pequenos pontos vermelhos e a determinar como estas misteriosas fontes do universo primitivo evoluem ao longo do tempo cósmico.
Webb e Hubble continuam a investigar 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, olhando além, para mundos distantes em torno de outras estrelas, e investigando as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional administrado pela NASA com 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 operações científicas do Hubble para a NASA.
