NASA Webb explora a árvore genealógica de objetos distantes recém-descobertos

A rectangular image with thousands of galaxies of various shapes and colors on the black background of space. Some are noticeably spirals, either face-on or edge-on, while others are blobby ellipticals. Many are too small to discern any structure. One prominent foreground star at top center features Webb’s signature 8-point diffraction spikes. At upper right, a box shows a zoomed in portion of the image. The pullout features a spiral galaxy labeled “WISEA J123635.56+621424.2.” The galaxy has a bright yellow center and faint brown arms speckled with regions of blue that appear to wind clockwise around the galaxy’s core. — Cientistas propuseram um caminho pelo qual pequenos pontos vermelhos podem seguir à medida que o universo amadurece, com base na análise da galáxia espiral WISEA J123635.56+621424.2, apelidada de “Saguaro”. Eles sugerem que os pequenos pontos vermelhos podem ser uma fase temporária de buracos negros supermassivos altamente ativos.

Desde sua descoberta pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA, em 2022, os pontinhos vermelhos (LRDs) têm despertado grande interesse entre os astrônomos. Compreender a natureza dessas fontes vermelhas compactas e extremamente distantes é um desafio científico intrigante.

Uma teoria popular é que os pontinhos vermelhos sejam buracos negros supermassivos conhecidos como active galactic nuclei, embora apresentem características diferentes das de active galactic nuclei próximas. Embora pareçam abundantes em alto redshift no início do universo, eles diminuem rapidamente em número em redshifts mais baixos. (Quanto maior o redshift, maior a distância que a luz percorreu ao longo do universo.) Essa mudança intrigante na contagem levanta a questão: o que acontece com os pontinhos vermelhos à medida que o universo amadurece?

Uma equipe de pesquisadores liderada por Pierluigi Rinaldi, da Universidade do Arizona’s Steward Observatory, agora no Space Telescope Science Institute (STScI), em Baltimore, construiu sobre sua pesquisa anterior em um novo estudo publicado em 29 de julho no The Astrophysical Journal e propôs uma via pela qual os LRDs podem seguir conforme o universo envelhece: embora possam parecer uma população de galáxias única, esses pontos são afetados por um viés observacional — algumas características simplesmente não aparecem em redshifts mais altos com a tecnologia atual.

Imagem: Saguaro no GOODS-North Field (NIRCam)

As conclusões deles se baseiam na análise da galáxia espiral de redshift mais baixo WISEA J123635.56+621424.2, apelidada de “Saguaro” por causa de seus braços proeminentes, como o cacto nativo do Deserto de Sonora, no sudoeste dos Estados Unidos. Uma característica particularmente intrigante dessa galáxia de redshift 2 — que corresponde a aproximadamente 3,3 bilhões de anos após o big bang — é seu pequeno centro avermelhado em formato de pontinho, que lembra o fruto vermelho-rubi produzido pela planta do deserto.

“Tudo o que é criado no universo inicial precisa evoluir para algo ao nosso redor. Tínhamos pouca ideia do que LRDs se tornam, mas esses resultados finalmente nos mostram como encontrar seus precursores”, disse o coautor George Rieke, da University of Arizona. Estudos anteriores do aposentado Spitzer Space Telescope da NASA deram a primeira pista sobre a população de galáxias compactas e obscurecidas por poeira no universo de redshift mais baixo à qual o Saguaro pertence, abrindo caminho para análises de alta resolução com os telescópios espaciais Hubble e James Webb da NASA.

“O Saguaro é importante porque é um pontinho vermelho pequeno e prototípico, e é um dos poucos que encontramos em redshift mais baixo. Ele pode ser usado para estudar a trajetória desses pontinhos ao longo do tempo cósmico”, disse Fabio Pacucci, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, em Cambridge, Massachusetts, e coautor do estudo.

Entre milhares de fontes que Rinaldi analisou em várias pesquisas, o Saguaro foi um exemplo do lugar certo — com uma das microshutter arrays do Webb perfeitamente enquadrada sobre o núcleo da galáxia para obter dados espectroscópicos — e do momento certo — por estar em redshift mais baixo. Para obter uma visão o mais ampla possível da galáxia espiral em todo o espectro eletromagnético, a equipe usou dados arquivados de imagem em ultravioletas do Hubble e de imagem e espectroscopia no infravermelho do Webb, respectivamente.

“Como o Saguaro está em redshift mais baixo, podemos ver a galáxia hospedeira muito bonita e brilhante com alta resolução e em detalhes com Webb e Hubble”, disse Zihao Wu, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, e coautor do estudo. “As observações do Webb podem nos ajudar a entender como a galáxia e seu núcleo pequeno e avermelhado em formato de pontinho estão conectados.”

A equipe adotou múltiplas abordagens para verificar que o núcleo vermelho compacto do Saguaro corresponde às características de um LRD prototípico. Em particular, os dados do Hubble e do Webb mostraram que o núcleo é mais brilhante tanto na luz ultravioleta quanto na infravermelha do que na luz visível, assim como em LRDs distantes. A equipe também separou cuidadosamente a luz emitida pela galáxia hospedeira e pelo núcleo, e considerou a presença de emissão em raios-X da fonte.

Embora a maioria dos pontinhos vermelhos pequenos em redshift alto não seja detectável em luz de raios-X, o Chandra X-ray Observatory da NASA detectou uma emissão fraca de raios-X a partir do Saguaro.

“O que as observações em luz de raios-X mostram é que essa galáxia tem um núcleo galáctico ativo, e um bastante obscurecido”, disse Carys Gilbert, uma estudante de mestrado na University of Cape Town, na África do Sul, e coautora do artigo. “Não é apenas obscurecido, mas também é fraco em raios-X. Esse tipo de combinação pode explicar a falta de emissão em raios-X que vemos em todos os outros pontinhos vermelhos pequenos. Isso se encaixa bem no quebra-cabeça dos pontinhos vermelhos pequenos.”

Além de demonstrar como a fonte central vermelha e compacta do Saguaro se encaixa nos critérios de pontinhos vermelhos pequenos, a equipe deslocou sinteticamente a galáxia para um redshift mais alto para explorar como esse ambiente galáctico pareceria para observadores caso estivesse no universo inicial. Como esperado, a estrutura galáctica ao redor do Saguaro se apaga, de modo que apenas a fonte brilhante, semelhante a um LRD, em seu centro fica visível.

“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 de pontinhos vermelhos pequenos em redshift alto porque seus arredores são fracos demais para serem observados mesmo com o Webb. Pontinhos vermelhos pequenos são muito mais complexos do que apenas serem um pontinho. Eles são apenas a ponta do iceberg — de um buraco negro supermassivo interagindo com seus arredores próximos.”

Imagem: Pequeno Ponto Vermelho no desvio para o vermelho 2: Gráfico real e simulado

Three squares angled slightly toward the left against a black background. The largest square is at left with a large hazy spiral galaxy in its center. The galaxy has a bright yellow center and faint brown arms speckled with regions of blue that appear to wind clockwise around the galaxy’s core. Text near the bottom of the square reads: Real, 10.4 billion years ago, z = 2. A set of two smaller squares appear near the top right. Each small square shows a small hazy red dot in the center against a black background, with the little red dot in the small left square a bit brighter than the dot in the right square. The small square on the left is labeled: Simulated, 13 billion years ago, z = 7. The small square on the right is labeled: Real. A set of lines connects the large square with the spiral galaxy and the simulated little red dot in the small square. — Cientistas deslocaram sinteticamente a Saguaro, uma galáxia espiral de menor redshift, para um redshift mais alto para descobrir como ela apareceria no início do universo. Sua aparência avermelhada e compacta sugere que pequenos pontos vermelhos são uma fase de buracos negros supermassivos altamente ativos. — Crédito: Imagem: NASA, ESA, CSA, Pierluigi Rinaldi (Steward Observatory); Processamento da imagem: Alyssa Pagan (STScI); Ilustração: Leah Hustak (STScI)

Considerando o estudo de caso do Saguaro, a equipe acredita que LRDs talvez não sejam uma população de galáxias única, mas sim uma fase temporária de buracos negros supermassivos altamente ativos. Essa teoria poderia ser o elo entre as numerosas little red dots de alto desvio para o vermelho observadas pelo Webb e o universo local?

Embora o Saguaro não seja representativo de todos os LRDs, a equipe propõe que ele seja uma dessas fases das fontes vermelhas compactas. Para aumentar a confiança, são necessários mais estudos sobre o Saguaro, além de buscar outras galáxias semelhantes ao Saguaro em redshift mais baixo. A equipe também pretende vasculhar os abundantes dados arquivados do Webb para montar um censo de little red dots e estudar como seus ambientes podem influenciar o modo como elas amadurecem. Essas abordagens diferentes têm como objetivo ajudar a desvendar a árvore genealógica das little red dots.

O James Webb Space Telescope é o principal observatório de ciência espacial do mundo. O Webb está resolvendo mistérios do nosso sistema solar, olhando além para mundos distantes ao redor de outras estrelas e investigando as estruturas misteriosas e as origens do nosso universo e do nosso lugar nele. O Webb é um programa internacional liderado pela NASA, com seus parceiros, a ESA (European Space Agency) e a CSA (Canadian Space Agency).

O Hubble Space Telescope opera 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 (European Space Agency). O Goddard Space Flight Center da NASA, em Greenbelt, Maryland, gerencia o telescópio e as operações da missão. A Lockheed Martin Space, com sede em Denver, também dá suporte às operações da missão no Goddard. O Space Telescope Science Institute, em Baltimore, que é operado pela Association of Universities for Research in Astronomy, realiza as operações científicas do Hubble para a NASA.

Para saber mais sobre o Webb, visite:

https://science.nasa.gov/webb

Para saber mais sobre o Hubble, visite:

https://science.nasa.gov/hubble

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Saguaro no GOODS-North Field (NIRCam)

Cientistas propuseram um caminho pelo qual pequenos pontos vermelhos podem seguir à medida que o universo amadurece, com base na análise da galáxia espiral WISEA J123635.56+621424.2, apelidada de “Saguaro”. Eles sugerem que os pequenos pontos vermelhos podem ser uma fase temporária de buracos negros supermassivos altamente ativos.

Pequeno Ponto Vermelho no desvio para o vermelho 2: Gráfico Real e Simulado

Cientistas deslocaram artificialmente o Saguaro, uma galáxia espiral de menor redshift, para um redshift mais alto para descobrir como ele apareceria se estivesse no início do universo. Sua aparência compacta e avermelhada sugere que pequenos pontos vermelhos são uma fase de buracos negros supermassivos altamente ativos.