doi.org/10.3847/2041-8213/ad55f7
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Uma descoberta recente do Telescópio Espacial James Webb confirmou que objetos luminosos e muito vermelhos previamente detectados no universo primitivo derrubam o pensamento convencional sobre as origens e a evolução das galáxias e dos seus buracos negros supermassivos.
Uma equipe internacional, liderada por pesquisadores da Penn State, usando o instrumento NIRSpec a bordo do James Webb como parte da pesquisa RUBIES, identificou três objetos misteriosos no universo primitivo, cerca de 600-800 milhões de anos após o Big Bang, quando o universo tinha apenas 5% de sua idade atual.
Eles anunciaram a descoberta em 27 de junho, no Astrophysical Journal Letters.
A equipe estudou medições espectrais, ou intensidade de diferentes comprimentos de onda de 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 disseram que também ficaram surpresos ao descobrir assinaturas de enormes buracos negros supermassivos nos mesmos objetos, estimando que sejam 100 a 1.000 vezes mais massivos do que o buraco negro supermassivo da nossa Via Láctea.
Nenhum destes é esperado nos modelos atuais de crescimento de galáxias e formação de buracos negros supermassivos, que esperam que as galáxias e os seus buracos negros cresçam juntos ao longo de bilhões de anos de história cósmica.
“Confirmamos que estes parecem estar repletos de estrelas antigas – com centenas de milhões de anos – num universo que tem apenas 600-800 milhões de anos.
Notavelmente, estes objetos detêm o recorde das primeiras assinaturas de luz estelar antiga,” disse Bingjie Wang, pós-doutorado na Penn State e principal autor do artigo.
“Foi totalmente inesperado encontrar estrelas antigas num universo muito jovem.
Os modelos padrão de cosmologia e formação de galáxias têm sido incrivelmente bem-sucedidos, mas estes objetos luminosos não se enquadram confortavelmente nessas teorias.” Os pesquisadores avistaram os objetos massivos pela primeira vez em julho de 2022, quando o conjunto de dados inicial foi divulgado pelo James Webb.
A equipe publicou um artigo na Nature vários meses depois anunciando a existência dos objetos.
Na altura, os investigadores suspeitaram que os objetos eram galáxias, mas prosseguiram a sua análise obtendo espectros para compreender melhor as verdadeiras distâncias dos objetos, bem como as fontes que alimentavam a sua imensa luz.
Os pesquisadores usaram então os novos dados para traçar uma imagem mais clara da aparência das galáxias e do que havia dentro delas.
A equipe não só confirmou que os objetos eram de fato galáxias próximas do início dos tempos, mas também encontrou evidências de buracos negros supermassivos surpreendentemente grandes e de uma população de estrelas surpreendentemente antiga.
“É muito confuso”, disse Joel Leja, professor assistente de astronomia e astrofísica na Penn State e coautor de ambos os artigos.
“Você pode fazer com que isso se encaixe desconfortavelmente em nosso modelo atual do universo, mas apenas se evocarmos alguma formação exótica e insanamente rápida no início dos tempos.
Este é, sem dúvida, o conjunto de objetos mais peculiar e interessante que já vi.
visto na minha carreira.” O James Webb está equipado com instrumentos de detecção infravermelha capazes de detectar a luz emitida pelas estrelas e galáxias mais antigas.
Essencialmente, o telescópio permite que os cientistas vejam cerca de 13,5 bilhões de anos atrás no tempo, perto do início do Universo tal como o conhecemos, disse Leja.
Um desafio para analisar a luz antiga é que pode ser difícil diferenciar entre os tipos de objetos que poderiam ter emitido a luz.
No caso destes objetos primitivos, eles apresentam características claras tanto de buracos negros supermassivos como de estrelas antigas.
No entanto, explicou Wang, ainda não está claro quanto da luz observada vem de cada uma – o que significa que estas podem ser galáxias primitivas que são inesperadamente antigas e mais massivas até do que a nossa Via Láctea, formando-se muito antes do previsto pelos modelos, ou podem ser mais galáxias de massa normal com buracos negros “supermassivos”, cerca de 100 a 1.000 vezes mais massivos do que tal galáxia teria hoje.
“Distinguir entre a luz do material que cai num buraco negro e a luz emitida pelas estrelas nestes objetos minúsculos e distantes é um desafio”, disse Wang.
“Essa incapacidade de perceber a diferença no conjunto de dados atual deixa amplo espaço para a interpretação desses objetos intrigantes.
Honestamente, é emocionante ter tanto deste mistério para descobrir.” Além de sua massa e idade inexplicáveis, se parte da luz provém de fato de buracos negros supermassivos, então eles também não são buracos negros supermassivos normais.
Eles produzem muito mais fótons ultravioleta do que o esperado, e objetos similares estudados com outros instrumentos não possuem as assinaturas características de buracos negros supermassivos, como poeira quente e emissão brilhante de raios-X.
Mas talvez o mais surpreendente, disseram os pesquisadores, seja o quão massivos eles parecem ser.
“Normalmente, buracos negros supermassivos estão emparelhados com galáxias”, disse Leja.
“Eles crescem juntos e passam por todas as principais experiências de vida juntos.
Mas aqui, temos um buraco negro adulto totalmente formado vivendo dentro do que deveria ser uma galáxia bebê.
Isso realmente não faz sentido, porque essas coisas deveriam crescer juntas.
, ou pelo menos foi o que pensamos.” Os pesquisadores também ficaram perplexos com os tamanhos incrivelmente pequenos desses sistemas, com apenas algumas centenas de anos-luz de diâmetro, cerca de 1.000 vezes menores que a nossa Via Láctea.
As estrelas são aproximadamente tão numerosas quanto em nossa galáxia, a Via Láctea – com algo entre 10 bilhões e 1 bilião de estrelas – mas contidas num volume 1.000 vezes menor que a Via Láctea.
Leja explicou que se pegássemos na Via Láctea e a comprimíssemos ao tamanho das galáxias que encontraram, a estrela mais próxima estaria quase no nosso Sol.
O buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea, a cerca de 26.000 anos-luz de distância, estaria a apenas 26 anos-luz de distância da Terra e seria visível no céu como um gigante pilar de luz.
com estrelas – estrelas que devem ter se formado de uma maneira que nunca vimos, sob condições que nunca esperaríamos durante um período em que nunca esperaríamos vê-las”, disse Leja.
“E por alguma razão, o universo parou fazendo objetos como esses depois de apenas alguns bilhões de anos.
Eles são exclusivos do universo primitivo.” Os pesquisadores esperam fazer mais observações, que, segundo eles, poderiam ajudar a explicar alguns dos mistérios dos objetos.
Eles planejam obter espectros mais profundos apontando o telescópio para os objetos por períodos prolongados de tempo, o que ajudará a desembaraçar a emissão das estrelas e do potencial buraco negro supermassivo, identificando as assinaturas de absorção específicas que estariam presentes em cada uma.
“Há outra forma de conseguirmos um avanço, e essa é a ideia certa,” disse Leja.
“Temos todas essas peças do quebra-cabeça e elas só cabem se ignorarmos o fato de que algumas delas estão quebrando.
Este problema é passível de um golpe de génio que até agora nos escapou, a todos os nossos colaboradores e a toda a comunidade científica.”
Publicado em 29/06/2024 12h36
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