Pequenos objetos brilhantes do Universo primitivo intrigam os cientistas
Uma descoberta recente feita pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA (JWST) confirmou que os objetos luminosos e muito vermelhos anteriormente detetados no Universo primitivo vieram alterar o pensamento convencional sobre as origens e a evolução das galáxias e dos seus buracos negros supermassivos.
Uma equipa internacional, liderada por investigadores da Penn State, a partir do instrumento NIRSpec a bordo do JWST no âmbito do estudo RUBIES, identificou três objetos misteriosos no início do Universo, cerca de 600-800 milhões de anos após o Big Bang, quando o Universo tinha apenas 5% da sua idade atual.
A equipa estudou as medidas espectrais, ou seja, a intensidade dos diferentes comprimentos de onda da luz emitida pelos objetos. A sua análise encontrou assinaturas de estrelas "velhas", com centenas de milhões de anos, muito mais velhas do que o esperado num universo jovem.
Os investigadores afirmam que também ficaram surpreendidos ao descobrir assinaturas de enormes buracos negros supermassivos nos mesmos objetos, estimando que são 100 a 1000 vezes mais maciços do que o buraco negro supermassivo da nossa Via Láctea.
Tendência atual das galáxias e dos buracos negros
Nenhuma destas situações é esperada nos modelos atuais de crescimento de galáxias e de formação de buracos negros supermassivos, que preveem que as galáxias e os seus buracos negros cresçam em conjunto ao longo de milhares de milhões de anos de história cósmica.
Bingjie Wang, académico de pós-doutoramento na Penn State e principal autor do artigo.
Os investigadores detetaram pela primeira vez estes objetos maciços em julho de 2022, quando o conjunto de dados inicial foi lançado do JWST. A equipa publicou um artigo na Nature vários meses depois, anunciando a existência dos mesmos.
A descoberta de três objetos misteriosos
Na altura, os investigadores suspeitaram que os objetos fossem galáxias, mas prosseguiram a sua análise com a obtenção de espectros para melhor compreender as verdadeiras distâncias dos objetos, bem como as fontes que alimentavam a sua imensa luz.
Os investigadores utilizaram então os novos dados para obter uma imagem mais clara do aspeto das galáxias e do que se encontrava no seu interior. A equipa não só confirmou que os objetos eram de facto galáxias perto do início dos tempos, como também encontrou provas de buracos negros supermassivos surpreendentemente grandes e uma população de estrelas surpreendentemente antiga.
O JWST está equipado com instrumentos de deteção de infravermelhos capazes de detetar a luz emitida pelas estrelas e galáxias mais antigas. Essencialmente, o telescópio permite aos cientistas recuar no tempo cerca de 13,5 mil milhões de anos, perto do início do universo tal como o conhecemos, disse Joel Leja, professor assistente de astronomia e astrofísica na Penn State e coautor deste trabalho.
Joel Leja
Um dos desafios da análise da luz antiga é que pode ser difícil diferenciar entre os tipos de objetos que podem ter emitido a luz. No caso destes objetos antigos, estes têm características típicas tanto de buracos negros supermassivos como de estrelas antigas.
No entanto, explicou Wang, ainda não é claro quanto da luz observada provém de cada um deles - o que significa que podem ser galáxias antigas mais maciças do que a Via Láctea, formando-se muito antes do que os modelos preveem, ou podem ser galáxias de massa mais normal com buracos negros "supermassivos", cerca de 100 a 1000 vezes mais maciços do que uma galáxia deste tipo teria atualmente.
O tamanho destes objetos também é surpreendente!
Os investigadores ficaram perplexos com as dimensões incrivelmente pequenas destes sistemas, com apenas algumas centenas de anos-luz de diâmetro, cerca de 1000 vezes mais pequenas do que a Via Láctea.
Leja explicou que se pegássemos na Via Láctea e a comprimíssemos para o tamanho das galáxias que encontraram, a estrela mais próxima estaria quase no nosso Sistema Solar. O buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea, a cerca de 26 000 anos-luz de distância, estaria apenas a cerca de 26 anos-luz da Terra e seria visível no céu como um pilar gigante de luz.
Os investigadores esperam fazer mais observações que, segundo eles, poderão ajudar a explicar alguns dos mistérios dos objetos. Planeiam obter espectros mais profundos apontando o telescópio para os objetos durante períodos de tempo prolongados, o que ajudará a separar a emissão das estrelas e do potencial buraco negro supermassivo, identificando as assinaturas de absorção específicas que estariam presentes em cada um deles.
Referência da notícia:
Wang B., Leja J., Graaff A., et al. RUBIES: Evolved Stellar Populations with Extended Formation Histories at z ∼ 7–8 in Candidate Massive Galaxies Identified with JWST/NIRSpec. The Astrophysical Journal Letters (2024).