A descoberta de um novo tipo de estrutura cósmica: as estrelas que também são buracos negros
Estudo da Nature corrobora ideia de que os “pequenos pontinhos vermelhos” observados no início do universo são buracos negros envoltos por uma estrela
A teoria mais conhecida sobre o início do universo tem nome: Big Bang. Segundo ela, antes o espaço era um ambiente extremamente quente e denso, que começou a se expandir por todos os lados, fator que criou, com o passar dos bilhões de anos, partículas, estrelas, planetas e galáxias inteiras. Logo no início desta história, em um período conhecido como Amanhecer Cósmico, pequenos “pontinhos vermelhos” intrigam cientistas desde 2022, quando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) os identificou pela primeira vez. Agora, um novo estudo publicado na Nature traz uma resposta para o que seriam esses corpos celestes: buracos negros envoltos por uma estrela.
O período de “Amanhecer Cósmico”, que o James Webb consegue observar, teve início nos primeiros 50 milhões de anos após a criação do Universo, que já tem seus cerca de 13 bilhões de anos de idade. Perto dos 600 milhões de anos, os “pequenos pontinhos vermelhos” (em inglês, Little Red Dots, ou LDR) aparecem no espaço, e somem algumas centenas de milhões de anos depois.
O objeto estelar
O objeto específico observado, chamado de MoM-BH*-1, foi encontrado por acaso. Os pesquisadores estavam em busca de galáxias antigas extremamente brilhantes que teriam surgido logo no início do universo. Durante as análises das imagens do James Webb, muitas vezes eles ficaram cara a cara com a situação em que um objeto muito brilhante, que se acreditava ser uma galáxia, era na verdade algum outro tipo de objeto, em geral os LDRs.
As primeiras hipóteses deles foram que esses LDRs seriam apenas algum tipo de estrela. Apesar disso, uma característica chamou a atenção: diferente dos astros, o MoM-BH*-1 emitia uma luz vermelha intensa, e emitia níveis de energia que eram muito acima das estrelas comuns, mas se equiparavam aos de um buraco negro. Por causa da cor da luz emitida, os pesquisadores acreditaram ser algum tipo de poeira estelar. Mas, ao analisá-lo, eles identificaram que essa “poeira” tinha outra característica muito específica. A observação da luz em diferentes comprimentos de onda mostrou que, a partir de alguns deles, o brilho do corpo simplesmente sumia.
A ocorrência tem nome: chama-se salto ou quebra de Balmer, e é marca registrada de astros com alguns milhões de anos, como a Vega, uma das estrelas mais brilhantes do céu que se tem notícia. Segundo Rohan Naidu, pesquisador líder do estudo, “a quebra observada no objeto é a mais profunda já vista em qualquer objeto, o que tira de cena a ideia de que uma estrela ‘comum’ é sua procedência real”.
Mesmo com os dados da quebra de Balmer, o objeto poderia ainda ser algum tipo de estrela antiga. Apesar disso, um último fator tirava essa hipótese de cena: seu brilho extremo, gerador de uma quantidade imensa de energia. Para entender o que poderia causar aquilo, o estudo rodou simulações e não conseguiu encontrar formas comuns que poderiam explicar a imensa quantidade de energia gerada pela suposta estrela. É aí que entra o buraco negro: o tipo de corpo poderia emitir energias iguais às do MoM-BH*-1. Quando essa variável foi adicionada nas simulações, veio o resultado final. Era muito provável que o objeto observado pelos pesquisadores era, na verdade, um grande buraco negro envolto por uma enorme camada de gases que formavam uma estrela.
De acordo com o estudo, a estrela buraco negro identificada é gigantesca. O buraco negro da equação é 100 mil vezes mais massivo que o Sol da Terra, e o conjunto completo, ou seja, o buraco negro coberto pelas camadas estelares poderia ser do mesmo tamanho que o Sistema Solar inteiro.
O telescópio
A descoberta foi possível através das altas capacidades do Telescópio Espacial James Webb. A máquina orbita ao redor do Sol, e foi criada para gerar as melhores imagens possíveis de todo o universo, em seu passado e presente. A própria Nasa o classifica como uma “máquina” do tempo, já que tem a habilidade de observar até mesmo as primeiras luzes do universo, poucos milhões de anos após o Big Bang.
As capacidades de “máquina do tempo” do James Webb existem por dois fatores simples. Em primeiro lugar, a luz — apesar de se movimentar a uma rapidez extrema na Terra — pode demorar para se mover no espaço, por causa do segundo fator: o Universo tem um tamanho massivo, quase inimaginável. Desde o Big Bang, ele tem aumentado de tamanho de forma exponencial, e é tão grande que as distâncias são medidas, geralmente, em anos-luz. Um ano-luz significa que, para a luz viajar durante aquela distância específica, ela demoraria um ano inteiro.
O início do universo está a bilhões de anos-luz de distância do planeta Terra, e consequentemente do James Webb. Por causa do enorme tempo que leva para a luz transitar por esse espaço, o telescópio consegue observar, em distâncias absurdas, as primeiras luzes que foram criadas no universo. Como exemplo, vale observar o Aglomerado de Virgem, grupo de galáxias a cerca de 60 milhões de anos-luz da Terra. A imagem vista hoje dessa região, por causa de sua enorme distância, é a equivalente à época dos dinossauros no planeta. Caso alguém no Aglomerado de Virgem observasse a Terra, não veria a humanidade, mas sim esses animais antigos, porque a luz do planeta que chega até lá ainda é a daquela época.
O universo antigo
A ideia de uma estrela buraco negro não é exatamente nova. Em abril, o Observatório de Raios-X Chandra da Nasa (que permite, de forma literal, verificar a estrutura de alguns corpos celestes por meio de um raio-x) identificou pela primeira vez o raio-x de um desses LDRs. A análise mostrou que os pontinhos, de toda forma, eram um tipo de buraco negro envolto em uma grande nuvem de gás, mas até a época não foi possível identificar que gases seriam esses. Duas hipóteses formavam a ideia geral dos pesquisadores: ou os LDRs seriam um buraco negro envolto em gases que formam uma estrela, ou seriam a mesma estrutura estelar, mas envolta em algum tipo de poeira diferenciada.
De toda forma, as análises à época mostraram que os gases que envolviam o buraco negro estavam sendo consumidos por ele, e eram os responsáveis por impedir o envio de raios-x, sinais típicos de um buraco negro supermassivo. O novo estudo da Nature traz um novo exemplo de estrela buraco negro e ajuda a sustentar a ideia de que, realmente, os LDRs seriam uma mistura entre os dois tipos de corpos celestes. Com a nova identificação, a ciência pode realizar pesquisas mais direcionadas no estudo da linha de evolução dos buracos negros massivos, um tipo de buraco negro que pode ser mais denso que o Sol em bilhões de vezes, e geralmente fica no centro de galáxias inteiras.







