Estudo do JWST relaciona os Pequenos Pontos Vermelhos a galáxias jovens e compactas

Astrônomos que estudam os misteriosos Pequenos Pontos Vermelhos do Telescópio Espacial James Webb voltaram sua atenção para longe dos centros brilhantes dos objetos e para as galáxias ao redor deles. A análise sugere que os pontos estão dentro de galáxias excepcionalmente compactas e de massa relativamente baixa, que produzem estrelas ativamente.

As descobertas, divulgadas pelo Space.com, podem ajudar a explicar por que os objetos aparecem no universo primordial, mas não são observados depois que o cosmos atinge aproximadamente dois bilhões de anos de idade. A pesquisa foi publicada na Nature Astronomy no fim de agosto.

Um enigma do universo primordial

Os Pequenos Pontos Vermelhos, ou LRDs, são fontes pequenas e distantes identificadas em observações do JWST. Sua aparência compacta e seu forte brilho levaram pesquisadores a debater o que os alimenta. Entre as possibilidades estão buracos negros em rápido crescimento, episódios intensos de formação estelar ou alguma combinação dos dois.

Jorge Zavala, da Universidade de Massachusetts Amherst e membro da equipe de pesquisa, disse ao Space.com que os astrônomos não encontraram objetos semelhantes aos LRDs no universo próximo. Isso levanta a possibilidade de que eles representem uma etapa temporária no desenvolvimento de galáxias ou buracos negros, e não uma classe permanente de objeto cósmico.

A maior parte dos trabalhos anteriores se concentrou na fonte central de radiação, porque ela domina a luz detectada de cada LRD. Esse núcleo brilhante, às vezes descrito como o motor central do objeto, também é a parte cuja natureza física permanece incerta. A galáxia ao redor é muito mais tênue, o que dificulta seu exame separado.

O novo estudo usou imagens do JWST de 217 LRDs para procurar essa emissão mais fraca ao redor. Os pesquisadores interpretam a luz tênue como luz estelar das galáxias que hospedam os objetos compactos. Estudar essas galáxias hospedeiras oferece uma maneira de perguntar se os LRDs estão associados a condições ou ambientes galácticos específicos, em vez de ocorrerem independentemente de seus arredores.

Galáxias compactas com formação estelar ativa

A partir da luz das galáxias hospedeiras, a equipe estimou as dimensões típicas e as massas estelares dos sistemas. As galáxias parecem ter cerca de 1.400 anos-luz de extensão. Em comparação com outras galáxias formadoras de estrelas observadas a uma distância semelhante e na mesma era primordial, elas são cerca de 2,5 vezes mais compactas.

As hospedeiras também parecem conter relativamente poucos elementos mais pesados que o hidrogênio e o hélio. Os astrônomos se referem coletivamente a esses elementos mais pesados como metais, independentemente de serem metálicos no sentido cotidiano. Uma metalicidade menor é esperada em sistemas cósmicos mais jovens, antes que sucessivas gerações de estrelas tenham enriquecido seus arredores.

Considerados em conjunto, os tamanhos compactos, a formação estelar ativa e a baixa metalicidade apontam para galáxias com densidades especialmente altas. Essas condições poderiam favorecer explosões poderosas de nascimento estelar. Zavala disse ao Space.com que isso levanta a possibilidade de que o fenômeno dos LRDs esteja ligado à intensa atividade de formação estelar, ou seja, até mesmo gerado por ela.

O resultado não determina se um buraco negro ou as estrelas fornecem a principal fonte de energia de um LRD. Ele, porém, oferece aos pesquisadores uma possível ligação entre os objetos e o estado físico de suas galáxias hospedeiras. Os ambientes densos também poderiam ajudar a explicar ideias que envolvem estrelas extremamente massivas, seja como contribuintes para a emissão central observada, seja como possíveis precursoras de buracos negros.

O que as próximas observações podem revelar

Os pesquisadores afirmam que o trabalho atual é uma pista importante, mas não uma explicação completa. Permanecem dúvidas sobre se toda galáxia ou todo buraco negro passa por uma etapa semelhante à dos LRDs, no que esses objetos acabam se transformando e se eles preferem regiões particularmente densas do universo. Também não está claro se condições incomuns de matéria escura desempenham algum papel.

Um desafio é separar a luz da galáxia hospedeira da luz do motor central. O estudo baseou-se em fotometria, que mede a quantidade de luz observada. Trabalhos futuros poderiam usar espectroscopia, que distribui essa luz por seus comprimentos de onda componentes. Como diferentes moléculas absorvem e emitem em comprimentos de onda distintos, a espectroscopia poderia revelar a temperatura, a composição e outras propriedades físicas do gás nas galáxias hospedeiras.

O aparente desaparecimento dos LRDs no universo posterior também pode ter uma explicação química. Em geral, as galáxias próximas passaram por bilhões de anos de evolução, deixando seu gás mais enriquecido com elementos pesados. Essas condições alteradas poderiam tornar menos prováveis ou mais difíceis de identificar os processos associados aos LRDs.

Outra possibilidade seria procurar galáxias próximas que se assemelhem às hospedeiras primordiais. Sua relativa proximidade permitiria aos pesquisadores examinar sua estrutura e química com mais detalhes. Esse esforço exigiria observações em vários comprimentos de onda e dados de diferentes telescópios.

Por enquanto, o JWST forneceu evidências de que as galáxias ao redor dos Pequenos Pontos Vermelhos podem ser centrais para o mistério. Compreender essas hospedeiras tênues poderia mostrar se os LRDs são principalmente uma assinatura do crescimento de buracos negros, uma consequência de curta duração de surtos de formação estelar ou uma etapa moldada pelos dois processos.