JWST encontra quatro possíveis pares de “pontinhos vermelhos” no Universo primordial

Astrônomos identificaram quatro possíveis pares de “Little Red Dots” (LRDs), ou “pontinhos vermelhos”, em imagens infravermelhas do telescópio espacial James Webb. Esses objetos compactos e muito vermelhos são considerados candidatos a uma fase inicial de crescimento acelerado de buracos negros, embora sua natureza exata ainda seja debatida. 81

A descoberta foi possível graças a uma técnica que analisa a cor de cada pixel da imagem. Em vez de avaliar apenas o brilho e o formato geral de uma fonte, o método procura núcleos vermelhos muito próximos entre si — inclusive em configurações que poderiam parecer um único objeto quando analisadas por técnicas convencionais. 8

Por que os pares parecem ser reais

Os quatro candidatos aparecem separados por apenas 0,2 a 1,2 segundo de arco nas imagens do levantamento COSMOS-Web. A combinação entre a análise pixel a pixel e critérios mais flexíveis de compactação permitiu identificar configurações misturadas ou muito próximas. 8

Para dois dos pares, os espectros sem fenda obtidos pelo JWST no levantamento COSMOS-3D mostraram uma linha de emissão na mesma faixa de comprimento de onda observada nos dois integrantes. Considerando que essas linhas largas e de grande largura equivalente sejam emissões de H-alfa, os pares apresentam desvios para o vermelho comuns de 5,822 e 5,464. Isso favorece a interpretação de que os objetos estão fisicamente associados, em vez de serem fontes sem relação apenas sobrepostas na mesma linha de visão. 8

A partir desses desvios para o vermelho, os pesquisadores calcularam separações projetadas de 1,64 e 7,36 quiloparsecs — aproximadamente 5.300 e 24 mil anos-luz. A luz desses sistemas foi emitida quando o Universo tinha apenas uma pequena fração da idade atual, entre cerca de 12,5 e 12,8 bilhões de anos atrás. 8

A análise estatística reforçou a conclusão. Comparações com catálogos simulados indicaram que projeções aleatórias ao longo da linha de visão dificilmente explicariam tantas separações pequenas. O agrupamento dos LRDs em escalas reduzidas parece ser cerca de 20 a 30 vezes mais forte do que uma extrapolação do sinal de correlação de núcleos galácticos ativos observado em escalas maiores pelo Webb. 8

Uma possível pista para o crescimento dos primeiros buracos negros

Se os dois integrantes de cada par realmente abrigarem buracos negros em acreção — isto é, consumindo gás e matéria ao seu redor —, uma futura fusão poderá combinar suas massas e canalizar mais gás para o objeto remanescente. Fusões sucessivas, combinadas com acreção intensa, poderiam ajudar a explicar como buracos negros muito massivos se formaram em relativamente pouco tempo após o Big Bang. 8

Os LRDs são relevantes justamente porque podem representar uma etapa inicial do crescimento de buracos negros supermassivos. O mecanismo responsável por seu crescimento aparentemente rápido, porém, ainda não está estabelecido. 81

Fusão não é a única explicação

Uma possibilidade é que a acreção de gás, por si só, seja excepcionalmente intensa e desempenhe o papel dominante. Alguns modelos e observações espectroscópicas descrevem os LRDs como núcleos galácticos ativos envolvidos por envelopes ou “cocons” de gás denso e opticamente espesso. Esse material poderia fornecer combustível para a acreção e também alterar a luz avermelhada que chega aos telescópios. 32

As duas hipóteses não são necessariamente incompatíveis. Gás denso pode sustentar taxas elevadas de acreção antes, durante e depois de uma fusão. Com os dados atuais, ainda não é possível determinar qual fração do crescimento dos primeiros buracos negros veio de fusões e qual resultou principalmente da acreção. 83

O que novas observações do Webb podem revelar

A aplicação da técnica pixel a pixel em levantamentos do JWST mais amplos e profundos permitirá medir com mais precisão a frequência de pares próximos de LRDs. Os pesquisadores poderão investigar como essa taxa varia com o desvio para o vermelho e com a luminosidade, além de testar se as fusões eram comuns o suficiente para constituir um canal importante de crescimento. 8

Essas medições também podem ajudar a estimar taxas de fusão e massas de possíveis sistemas binários de buracos negros no Universo primordial. No futuro, isso poderá orientar previsões para observatórios de ondas gravitacionais espaciais, como o LISA, e para detectores propostos na faixa de décimos de hertz. 5

Por enquanto, o estudo fornece evidências robustas de um excesso de pares próximos de “Little Red Dots”. Ele ainda não representa uma detecção direta de buracos negros em fusão nem de suas ondas gravitacionais. 8