Desde a sua descoberta pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA, em 2022, que os "Pequenos Pontos Vermelhos" (ou LRDs, sigla inglesa para "Little Red Dots") têm sido objeto de grande interesse por parte dos astrónomos. Compreender a natureza destas fontes vermelhas extremamente distantes e compactas tem sido um desafio científico intrigante.

Uma teoria popular é que os LRDs são buracos negros supermassivos conhecidos como núcleos galácticos ativos, embora apresentem características diferentes dos núcleos galácticos ativos mais próximos. Embora pareçam abundantes em altos desvios para o vermelho nas fases iniciais do Universo, o seu número diminui rapidamente em desvios para o vermelho mais baixos (quanto maior for o desvio para o vermelho, maior é a distância que a luz percorreu no Universo). Esta mudança intrigante no número levanta a questão: o que acontece aos pequenos pontos vermelhos à medida que o Universo amadurece?

Uma equipa de investigadores liderada por Pierluigi Rinaldi, do Observatório Steward da Universidade do Arizona, atualmente no STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, EUA, baseou-se na sua investigação anterior para a publicação de um novo estudo na revista The Astrophysical Journal e propôs um caminho que os LRDs podem seguir à medida que o Universo envelhece: embora possam parecer uma população única de galáxias, estes pontos são afetados por um viés observacional - algumas características simplesmente não aparecem em desvios para o vermelho mais elevados com a tecnologia atual.

As suas conclusões baseiam-se na análise da galáxia espiral de baixo desvio para o vermelho WISEA J123635.56+621424.2, apelidada de "Saguaro" devido aos seus braços proeminentes, semelhantes ao cacto nativo do Deserto de Sonora, no sudoeste dos Estados Unidos. Uma característica particularmente intrigante desta galáxia com desvio para o vermelho de 2 - o que corresponde a aproximadamente 3,3 mil milhões de anos após o Big Bang - é o seu centro, semelhante a um pequeno ponto vermelho, que lembra o fruto vermelho-rubi produzido pela planta do deserto.

"Tudo o que foi criado no Universo primitivo deve evoluir para algo que nos rodeia. Tínhamos pouca noção do que se tornariam os LRDs, mas estes resultados mostram-nos finalmente como encontrar a sua descendência", afirmou o coautor George Rieke, da Universidade do Arizona. Estudos anteriores realizados pelo Telescópio Espacial Spitzer, agora aposentado, forneceram a primeira pista acerca da população de galáxias compactas e obscurecidas pela poeira no Universo de menor desvio para o vermelho, à qual Saguaro pertence, abrindo caminho para as análises de alta resolução dos telescópios espaciais Hubble e James Webb.

"Saguaro é importante porque é um protótipo desses pequenos pontos vermelhos e é um dos poucos que encontrámos com desvio para o vermelho mais baixo. Pode ser utilizado para estudar a evolução destes pontos ao longo do tempo cósmico", afirmou Fabio Pacucci, do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, em Cambridge, Massachusetts, EUA, coautor do estudo.

Entre os milhares de fontes que Rinaldi analisou em vários levantamentos, Saguaro foi um exemplo do local certo - devido à sua perfeita posição no campo de visão de um dos instrumentos do Webb - e do momento certo - por se encontrar num desvio para o vermelho mais baixo. Para obter uma visão tão abrangente quanto possível da galáxia espiral ao longo do espetro eletromagnético, a equipa utilizou, respetivamente, as imagens no ultravioleta do Hubble e os dados espetroscópicos e de imagem do Webb no infravermelho.

"Como Saguaro se encontra num desvio para o vermelho mais baixo, podemos observar a galáxia, muito bela e brilhante, em alta resolução e com grande detalhe com o Webb e o Hubble", afirmou Zihao Wu, do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian e coautor do estudo. "As observações do Webb podem ajudar-nos a compreender como a galáxia e o seu pequeno núcleo, semelhante a um ponto vermelho, estão ligados".

A equipa adotou várias abordagens para verificar se o núcleo vermelho compacto de Saguaro correspondia às características de um LRD prototípico. Em particular, os dados do Hubble e do Webb mostraram que o núcleo é mais brilhante tanto no ultravioleta como no infravermelho do que no visível, tal como acontece com os distantes LRDs. A equipa também separou cuidadosamente a luz emitida pela galáxia e pelo núcleo, e teve em conta a presença de emissão de raios X.

Embora a maioria dos pequenos pontos vermelhos com elevado desvio para o vermelho não seja detetável em raios X, o Observatório de raios X Chandra da NASA detetou uma fraca emissão de raios X proveniente de Saguaro.

"O que as observações em raios X revelam é que esta galáxia possui um núcleo galáctico ativo, um núcleo muito obscurecido, ainda por cima", afirmou Carys Gilbert, estudante de mestrado na Universidade da Cidade do Cabo, na África do Sul, e coautora do artigo científico. "Não só está obscurecido, como também apresenta fraca emissão de raios X. Esse tipo de combinação poderia explicar a ausência de emissão de raios X que observamos em todos os outros pequenos pontos vermelhos. Encaixa perfeitamente no enigma dos pequenos pontos vermelhos".

Os cientistas alteraram sinteticamente Saguaro, uma galáxia espiral com baixo desvio para o vermelho, para um desvio para o vermelho mais elevado, a fim de descobrir como se apresentaria se estivesse no Universo primitivo. A sua aparência vermelha e compacta sugere que os pequenos pontos vermelhos correspondem a uma fase de buracos negros supermassivos altamente ativos. Crédito: NASA, ESA, CSA, Pierluigi Rinaldi (Observatório Steward); processamento de imagem - Alyssa Pagan (STScI); ilustração - Leah Hustak (STScI)

Para além de demonstrar como a fonte vermelha compacta central de Saguaro se enquadra nos critérios dos pequenos pontos vermelhos, a equipa deslocou sinteticamente a galáxia para um desvio para o vermelho mais elevado, a fim de explorar como este ambiente galáctico se apresentaria aos observadores se estivesse localizado no Universo primitivo. Tal como esperado, a estrutura galáctica circundante de Saguaro desvanece-se, de modo que apenas a fonte brilhante, semelhante a um LRD, no seu centro, fica visível.

"A nossa teoria é que a maioria destas fontes distantes é afetada por este efeito cosmológico, criando um enviesamento observacional", afirmou Rinaldi. "Simplesmente não conseguimos analisar o ambiente imediato dos pequenos pontos vermelhos de elevado desvio para o vermelho, porque o que os rodeia é demasiado ténue para ser observado, mesmo com o Webb. Os pequenos pontos vermelhos são muito mais complexos do que apenas um ponto. São apenas a ponta do iceberg - de um buraco negro supermassivo a interagir com o que o rodeia".

Tendo em conta o estudo de caso de Saguaro, a equipa pensa que os LRD podem não ser uma população única de galáxias, mas sim uma fase temporária de buracos negros supermassivos altamente ativos. Será que esta teoria pode ser a ligação entre os numerosos pequenos pontos vermelhos de elevado desvio para o vermelho observados pelo Webb e o Universo local?

Embora Saguaro não seja representativa de todos os LRD, a equipa propõe que esta seja uma das fases destas fontes vermelhas compactas. Para reforçar a confiança, é necessário um estudo mais aprofundado de Saguaro, bem como a procura de outras galáxias semelhantes a Saguaro com menor desvio para o vermelho. A equipa também pretende analisar minuciosamente os abundantes dados de arquivo do Webb para criar um censo dos pequenos pontos vermelhos, a fim de estudar como os seus ambientes podem influenciar a forma como amadurecem. Todas estas diferentes abordagens visam ajudar a desvendar a árvore genealógica dos LRDs.

// NASA (comunicado de imprensa)
// Chandra/Harvard (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)

Quer saber mais?

Pequenos Pontos Vermelhos (ou LRDs, “Little Red Dots”):
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Buraco negro supermassivo:
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Desvio para o vermelho:
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