O Teléscópio Espacial James Webb, da NASA, Explora a Árvore Genealógica de Objetos Distantes Recém-Descobertos

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No dia 29/07, o portal da NASA noticiou que o Telescópio Espacial James Webb, da agência, está explorando uma árvore genealógica de objetos distantes recém-descobertos.

Créditos: Imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, Pierluigi Rinaldi (Steward Observatory); Processamento de imagem: Alyssa Pagan (STScI)

Os cientistas propuseram um dos possíveis caminhos que os pequenos pontos vermelhos (little red dots, LRDs) podem seguir à medida que o universo amadurece, com base em sua análise da galáxia espiral WISEA J123635.56+621424.2, apelidada de "Saguaro". Eles sugerem que os pequenos pontos vermelhos podem representar uma fase temporária de buracos negros supermassivos altamente ativos.

Desde sua descoberta pelo Telescópio Espacial James Webb, da NASA, em 2022, os pequenos pontos vermelhos (LRDs) têm sido objeto de grande interesse para os astrônomos. Compreender a natureza dessas fontes vermelhas extremamente distantes e compactas tem sido um desafio científico intrigante.

Uma teoria popular é que os pequenos pontos vermelhos são buracos negros supermassivos conhecidos como núcleos galácticos ativos, embora apresentem características diferentes dos núcleos galácticos ativos próximos. Embora pareçam abundantes em altos redshifts no início do universo, seu número diminui rapidamente em redshifts mais baixos. (Quanto maior o redshift, maior a distância que a luz percorreu pelo universo.) Essa mudança intrigante no número de pontos vermelhos levanta a questão: o que acontece com esses pequenos pontos vermelhos à medida que o universo amadurece?

Uma equipe de pesquisadores liderada por Pierluigi Rinaldi, do Observatório Steward da Universidade do Arizona — atualmente no Space Telescope Science Institute (STScI), em Baltimore — expandiu pesquisas anteriores em um novo estudo publicado em 29 de julho no *The Astrophysical Journal*. Eles propuseram uma trajetória que as chamadas "pequenas manchas vermelhas" (LRDs, na sigla em inglês) podem seguir à medida que o universo envelhece: embora pareçam uma população de galáxias única, esses pontos são afetados por vieses observacionais — algumas características simplesmente não aparecem em *redshifts* mais elevados com a tecnologia atual.

Imagem: Saguaro no campo GOODS-North (NIRCam)

Imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, Pierluigi Rinaldi (Observatório Steward); Processamento de imagem: Alyssa Pagan (STScI)

Cientistas propuseram uma possível trajetória para as "pequenas manchas vermelhas" à medida que o universo amadurece, com base na análise da galáxia espiral WISEA J123635.56+621424.2, apelidada de "Saguaro". Eles sugerem que essas pequenas manchas vermelhas podem representar uma fase temporária de buracos negros supermassivos altamente ativos.

As conclusões baseiam-se na análise da galáxia espiral WISEA J123635.56+621424.2 (situada em um *redshift* mais baixo), apelidada de "Saguaro" devido aos seus braços proeminentes, semelhantes aos do cacto nativo do Deserto de Sonora, no sudoeste dos Estados Unidos. Uma característica particularmente intrigante dessa galáxia — situada em um *redshift* de 2, o que corresponde a aproximadamente 3,3 bilhões de anos após o Big Bang — é o seu centro, que lembra uma pequena mancha vermelha e remete ao fruto vermelho-rubi produzido pela planta do deserto.

"Tudo o que foi criado no universo primordial deve evoluir para algo que vemos ao nosso redor. Tínhamos pouca ideia de no que as LRDs se transformam, mas estes resultados finalmente nos mostram como encontrar sua descendência", afirmou o coautor George Rieke, da Universidade do Arizona. Estudos anteriores realizados pelo Telescópio Espacial Spitzer (já aposentado) da NASA forneceram a primeira pista sobre essa população de galáxias compactas e obscurecidas por poeira no universo de *redshift* mais baixo — grupo ao qual a Saguaro pertence —, abrindo caminho para as análises de alta resolução feitas pelos telescópios espaciais Hubble e James Webb, da NASA.

“O Saguaro é importante por ser um exemplo típico de ‘pequeno ponto vermelho’ e um dos poucos que encontramos em um desvio para o vermelho mais baixo. Ele pode ser usado para estudar a trajetória desses pontos ao longo do tempo cósmico”, disse Fabio Pacucci, do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian em Cambridge, Massachusetts, e coautor do estudo.

Entre as milhares de fontes analisadas por Rinaldi em diversos levantamentos, o Saguaro representou o caso ideal: o posicionamento correto — com uma das matrizes de micro-obturadores do Webb perfeitamente alinhada ao núcleo da galáxia para a coleta de dados espectroscópicos — e o momento certo, por apresentar um desvio para o vermelho mais baixo. Para obter a visão mais abrangente possível da galáxia espiral em todo o espectro eletromagnético, a equipe utilizou dados de arquivo do Hubble (imagens e espectroscopia no ultravioleta) e do Webb (imagens e espectroscopia no infravermelho), respectivamente.

“Como o Saguaro está em um desvio para o vermelho (*redshift*) mais baixo, podemos observar a belíssima e brilhante galáxia hospedeira com alta resolução e riqueza de detalhes usando o Webb e o Hubble”, disse Zihao Wu, do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian e coautor do estudo. “As observações do Webb podem nos ajudar a entender a conexão entre a galáxia e seu núcleo, que se assemelha a um pequeno ponto vermelho.”

A equipe adotou diversas abordagens para confirmar se o núcleo vermelho compacto do Saguaro apresentava as características típicas de um LRD (*Little Red Dot*, ou "pequeno ponto vermelho"). Em particular, os dados do Hubble e do Webb revelaram que o núcleo é mais brilhante tanto na luz ultravioleta quanto na infravermelha do que na luz visível, assim como ocorre com os LRDs distantes. A equipe também separou cuidadosamente a luz emitida pela galáxia hospedeira daquela emitida pelo núcleo e analisou a presença de emissão de raios X proveniente da fonte.

Embora a maioria dos "pequenos pontos vermelhos" em alto desvio para o vermelho não seja detectável em raios X, o Observatório de Raios X Chandra, da NASA, detectou uma emissão fraca de raios X vinda do Saguaro.

“As observações em raios X mostram que essa galáxia possui um núcleo galáctico ativo — e um núcleo altamente obscurecido”, afirmou Carys Gilbert, mestranda na Universidade da Cidade do Cabo, na África do Sul, e coautora do artigo. “Ele não é apenas obscurecido, mas também apresenta uma emissão fraca de raios X. Essa combinação pode explicar a ausência de emissão de raios X observada nos demais 'pequenos pontos vermelhos'. Isso se encaixa perfeitamente no quebra-cabeça desses objetos.”

Além de demonstrar como a fonte vermelha central e compacta do Saguaro se enquadra nos critérios dos "pequenos pontos vermelhos", a equipe simulou o deslocamento da galáxia para um desvio para o vermelho mais elevado, a fim de investigar como esse ambiente galáctico apareceria para observadores caso estivesse situado no universo primordial. Como esperado, a estrutura galáctica ao redor do Saguaro torna-se menos visível, restando apenas a fonte brilhante central — semelhante a um LRD — em evidência.

“Nossa teoria é que a maioria dessas fontes distantes é afetada por esse efeito cosmológico, criando um viés observacional”, disse Rinaldi. “Simplesmente não conseguimos amostrar o ambiente imediato dos ‘pequenos pontos vermelhos’ (*little red dots*) de alto desvio para o vermelho, pois seus arredores são tênues demais para serem observados, mesmo com o Webb. Esses pequenos pontos vermelhos são muito mais complexos do que apenas um ponto. Eles são apenas a ponta do iceberg — de um buraco negro supermassivo interagindo com suas imediações.”

Imagem: Pequeno Ponto Vermelho com Desvio para o Vermelho 2: Gráfico Real e Simulado

Imagem: NASA, ESA, CSA, Pierluigi Rinaldi (Steward Observatory); Processamento de Imagem: Alyssa Pagan (STScI); Ilustração: Leah Hustak (STScI).

Cientistas deslocaram sinteticamente a Saguaro — uma galáxia espiral de menor desvio para o vermelho — para um desvio para o vermelho mais alto, a fim de descobrir como ela pareceria se estivesse no universo primordial. Sua aparência vermelha e compacta sugere que os pequenos pontos vermelhos representam uma fase de buracos negros supermassivos altamente ativos.

Com base no estudo de caso da Saguaro, a equipe acredita que esses objetos podem não constituir uma população de galáxias distinta, mas sim representar uma fase temporária de buracos negros supermassivos altamente ativos. Poderia essa teoria ser o elo de ligação entre os numerosos pequenos pontos vermelhos de alto desvio para o vermelho observados pelo Webb e o universo local?

Embora o Saguaro não represente todos os LRDs (sigla em inglês para "pequenos pontos vermelhos"), a equipe propõe que ele seja uma fase da evolução dessas fontes vermelhas compactas. Para aumentar a confiança nessa hipótese, são necessários mais estudos sobre o Saguaro, bem como a busca por outras galáxias semelhantes a ele em redshifts mais baixos. A equipe também pretende examinar minuciosamente o vasto acervo de dados do Webb para criar um inventário desses "pequenos pontos vermelhos" e estudar como seus ambientes podem influenciar seu amadurecimento. Todas essas abordagens visam ajudar a desvendar a árvore genealógica desses objetos.

O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciência espacial do mundo. O Webb está solucionando mistérios em nosso sistema solar, olhando além para mundos distantes ao redor de outras estrelas e investigando as estruturas misteriosas e as origens do nosso universo, bem como o nosso lugar nele. O Webb é um programa internacional liderado pela NASA em parceria com a ESA (Agência Espacial Europeia) e a CSA (Agência Espacial Canadense).

O Telescópio Espacial Hubble está em operação há mais de três décadas e continua a fazer descobertas revolucionárias que moldam nossa compreensão fundamental do universo. O Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA (Agência Espacial Europeia). O Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, em Greenbelt, Maryland, gerencia o telescópio e as operações da missão. A Lockheed Martin Space, sediada em Denver, também apoia as operações da missão em Goddard. O Space Telescope Science Institute, em Baltimore — operado pela Association of Universities for Research in Astronomy (AURA) —, conduz as operações científicas do Hubble para a NASA.

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