MADRID 10 jun. (EUROPA PRESS) -
O telescópio espacial James Webb da NASA/ESA/CSA encontrou a “evidência mais sólida até agora” da existência de estrelas com buracos negros.
O complexo quebra-cabeça dos objetos conhecidos como pequenos pontos vermelhos (LRD, na sigla em inglês) vem se completando gradualmente desde sua descoberta inicial pelo telescópio espacial James Webb da NASA/ESA/CSA em 2022. Agora, o espectro de um pequeno ponto vermelho em particular está ajudando a conectar muitas das peças.
Uma equipe de astrônomos liderada por Vasily Kokorev, da Universidade do Texas em Austin, identificou o ponto em questão: GLIMPSE-17775. Após analisar minuciosamente o espectro do ponto, capturado pelo telescópio Webb — o espectro mais detalhado obtido até o momento de um pequeno ponto vermelho —, a equipe de pesquisa identificou múltiplos indícios que corroboram a interpretação de que GLIMPSE-17775 é um buraco negro supermassivo envolto em uma densa camada de gás parcialmente ionizado. O artigo que descreve os resultados foi publicado nesta quarta-feira no The Astrophysical Journal.
“Acredito que parte da comunidade científica está convergindo para uma única explicação: que os pequenos pontos vermelhos podem ser explicados por modelos de estrelas com buracos negros. No entanto, nenhum dos pontos vermelhos anteriores apresentava todas as evidências no mesmo lugar. Com o GLIMPSE-17775, podemos testar esses modelos graças à profundidade e à surpreendente amplitude do espectro dessa fonte”, afirmou Kokorev, autor principal do estudo.
Pouco depois de o telescópio Webb iniciar suas operações científicas, ele descobriu um novo e misterioso tipo de objeto no universo primitivo: abundantes objetos vermelhos que surgiram cerca de 600 milhões de anos após o Big Bang. Os cientistas exploraram diversas explicações para esses pequenos pontos vermelhos, incluindo o cenário da estrela de buraco negro.
Uma série de circunstâncias felizes propiciou este espectro elaborado de um pequeno ponto vermelho. Este pequeno ponto vermelho, que mais tarde ficaria conhecido como GLIMPSE-17775, foi felizmente incluído nos esforços de imagem e espectroscopia do telescópio Webb para um projeto que buscava estrelas da População III e galáxias fracas no aglomerado de galáxias Abell S1063.
Esse pequeno ponto vermelho está mais distante do que o aglomerado de galáxias e é ampliado pelo efeito de lente gravitacional (GLIMPSE-17775 tem um desvio para o vermelho cosmológico de 3,5, o que significa que existia aproximadamente 1,8 bilhão de anos após o Big Bang).
Embora o telescópio Webb tenha fornecido um espectro de 30 horas do pequeno ponto vermelho, o efeito de lente gravitacional o tornou equivalente a 80 horas de observação. Essa combinação da sensibilidade infravermelha do Webb e da própria “lente” da natureza ampliou a quantidade de detalhes que puderam ser obtidos do GLIMPSE-17775. O resultado foram mais de 40 linhas espectrais dessa pequena fonte vermelha, o que constitui o espectro de LRD mais detalhado até o momento.
COMO TER TODAS AS PEÇAS DO QUEBRA-CABEÇA ESPALHADAS PELO CHÃO
“Quando vimos o espectro pela primeira vez, foi como ter todas as peças de um quebra-cabeça espalhadas pelo chão. Recolhemos cada peça do quebra-cabeça, medimos as linhas e começamos a combinar as diferentes peças para formar um mosaico. No início, algumas peças não pareciam nada, mas depois algumas delas se encaixaram e percebemos que havia algo ali”, disse Kokorev.
Os dados espectroscópicos coletados pelo Webb contêm múltiplas linhas de evidência que sustentam a interpretação de que o pequeno ponto vermelho GLIMPSE-17775 é uma estrela com um buraco negro: um buraco negro que se acumula rapidamente, ou cresce, envolto em um denso casulo de gás, que está reprocessando a luz emitida das proximidades do buraco negro e produzindo as características observadas no espectro.
Entre as mais de 40 linhas que a equipe detectou no espectro do GLIMPSE-17775, foram encontrados vários indicadores independentes que coincidem com o cenário de uma estrela com um buraco negro. Por exemplo, a equipe descobriu que muitas das linhas espectrais (como as de hidrogênio, oxigênio e hélio) não se encaixam em um modelo simples de uma nuvem de gás em rotação. Em vez disso, o modelo que melhor se ajusta inclui um efeito de alargamento conhecido como dispersão de elétrons: um sinal inequívoco de que uma densa camada de gás envolve essa fonte.
A intensidade e a relação entre certas linhas espectrais, especialmente as 16 linhas de ferro que compõem o que a equipe chamou de “bosque de ferro” e certas linhas de oxigênio, requerem uma fonte de alta energia para sua geração, como um buraco negro em rápida acreção.
Além disso, os astrônomos observaram fluorescência e absorção de hélio no espectro, o que sugere, separadamente, a presença de um meio denso envolvendo uma fonte potente.
O cenário da estrela com buraco negro não apenas se encaixa no GLIMPSE-17775, mas também explica por que a maioria dos pequenos pontos vermelhos é fraca em raios X, já que qualquer emissão desse tipo provavelmente seria absorvida pelo denso invólucro de gás.
Um elemento que faltava no quebra-cabeça do GLIMPSE-17775 era a parte do espectro que revelaria o que é conhecido como ruptura de Balmer, ou uma forte queda na luz emitida, característica distintiva dos pequenos pontos vermelhos.
Para compreender melhor esse pequeno ponto vermelho, a equipe incorporou dados complementares de dois programas de observação que utilizaram o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA: os programas Frontier Fields e BUFFALO (Beyond Ultra-deep Frontier Fields And Legacy Observations).
Os dados do Webb e do Hubble, em conjunto, ajudam a explicar por que a descontinuidade de Balmer é mais fraca do que a normalmente encontrada em outros pequenos pontos vermelhos: uma galáxia hospedeira gigante circunda GLIMPSE-17775.
Embora a galáxia hospedeira de um pequeno ponto vermelho não seja algo comumente observado nessa escala, isso não é incompatível com o modelo de casulo de gás denso. O modelo de estrela com buraco negro para os pequenos pontos vermelhos atribui o excesso de luz azul às estrelas da galáxia hospedeira.
Quando o Webb descobriu pela primeira vez os pequenos pontos vermelhos, alguns pesquisadores pensaram que esses objetos haviam “quebrado a cosmologia”, sem ter certeza de como as galáxias poderiam ter crescido tanto e tão rápido no universo primitivo para explicar toda essa luz proveniente de suas estrelas.
No entanto, a equipe acredita que a peça do quebra-cabeça do GLIMPSE-17775 se encaixa perfeitamente no quadro existente da história evolutiva do universo, porque as massas dos buracos negros não precisam ser tão grandes para explicar as linhas de emissão largas.
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