James Webb detecta sinais do que podem ser as primeiras estrelas de buraco negro do Universo

Um dos maiores mistérios da Astronomia é compreender a relação entre o surgimento das primeiras galáxias e dos primeiros buracos negros supermassivos. Observações mostram que já existiam buracos negros muito massivos quando o Universo tinha menos de um bilhão de anos de idade. Explicar como esses objetos cresceram tão rapidamente é um problema em aberto da Astronomia. Uma das questões centrais é determinar se as galáxias ou os buracos negros que se formaram primeiro.

Com o lançamento do James Webb, várias evidências têm surgido para encontrar a resposta para esse mistério. Entre essas descobertas estão os chamados little red dots que são objetos avermelhados encontrados pelo James Webb no Universo extremamente jovem. Uma das hipóteses sugere que eles sejam exemplos de black hole stars ou estrelas de buraco negro. Nesse cenário, um buraco negro em crescimento está envolvido por uma densa camada de gás parcialmente ionizado. A radiação produzida pela acreção causa o brilho observado.

Nesta semana, a NASA divulgou novos resultados obtidos com o James Webb que fornecem a evidência mais forte até agora para esse cenário. A análise do objeto GLIMPSE-17775 revelou assinaturas espectrais compatíveis com um buraco negro supermassivo descrito pelo modelo de black hole star. Se futuras observações confirmarem esses resultados, a descoberta poderá indicar que alguns buracos negros supermassivos surgiram antes das galáxias.

Little Red Dots

Os little red dots são uma população de objetos compactos e avermelhados descoberta pelo telescópio James Webb durante suas observações do Universo jovem. Eles são observados quando o Universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos de idade, um período relacionado com a formação das primeiras galáxias e buracos negros. Apesar de aparecerem como pequenos pontos de luz, eles têm um brilho muito alto para seu tamanho.

A principal dificuldade é explicar simultaneamente seu brilho intenso, tamanho e abundância no Universo jovem. Alguns modelos sugerem que os little red dots podem abrigar buracos negros supermassivos em rápido crescimento. Outros cenários propõem que eles são galáxias jovens passando por episódios de formação estelar. No entanto, diversas observações recentes têm favorecido a hipótese de que pelo menos parte desses objetos esteja associada a buracos negros em estágios iniciais de evolução.

O que veio primeiro?

Um dos problemas mais importantes da Astrofísica é determinar a ordem de formação entre galáxias e buracos negros supermassivos. Durante décadas, o cenário mais aceito foi que as primeiras galáxias se formaram a partir do colapso de nuvens de gás e matéria escura, enquanto os buracos negros surgiram posteriormente e cresceram gradualmente. No entanto, a descoberta de buracos negros extremamente massivos em épocas muito próximas ao Big Bang criou um problema para essa explicação.

Responder essa questão foi uma das principais motivações científicas para a construção do telescópio James Webb. O telescópio foi projetado para observar o Universo jovem em comprimentos de onda infravermelhos, enxergando objetos formados apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang. Algumas dessas observações sugerem que buracos negros massivos já existiam antes que muitas galáxias atingissem estágios avançados de evolução.

Black Hole Stars

As chamadas black hole stars, ou estrelas de buraco negro, são objetos hipotéticos nos quais um buraco negro em rápido crescimento permanece envolto por uma densa camada de gás. Diferentemente de um núcleo galáctico ativo, grande parte da radiação produzida próximo ao buraco negro é absorvida e reprocessada por esse gás antes de escapar para o espaço. Esse cenário tem sido proposto para explicar parte dos little red dots descobertos pelo James Webb.

Uma das evidências mais fortes para esse cenário veio do objeto GLIMPSE-17775, um little red dot observado pelo James Webb. O objeto está localizado quando o Universo tinha aproximadamente 1,8 bilhão de anos. A análise revelou mais de 40 linhas espectrais, tornando este o espectro mais detalhado já obtido para um little red dot. As características observadas são compatíveis com um buraco negro envolto por um casulo denso de gás que modifica a radiação emitida pela acreção. Os resultados representam a evidência mais forte já encontrada para o modelo de black hole stars.

Finalmente uma resposta

Se objetos como GLIMPSE-17775 realmente representarem buracos negros envolvidos por casulos de gás, eles podem revelar uma fase inicial de crescimento extremamente eficiente. Nesse cenário, alguns buracos negros poderiam ter surgido antes da formação de galáxias e atuado como núcleos gravitacionais capazes de atrair matéria ao seu redor. As primeiras galáxias seriam então construídas em torno desses objetos massivos, e não o contrário.

Essa possibilidade muda a ideia de que os buracos negros cresceram apenas após o estabelecimento das primeiras galáxias. Essa interpretação ajuda a explicar tanto o brilho dos little red dots quanto suas características espectrais. Se confirmada, os little red dots poderão representar a formação dos primeiros buracos negros supermassivos. Por causa disso, esses objetos se tornaram uma das descobertas mais importantes do James Webb.

Referência da notícia

Kokorev et al. 2026 The Deepest GLIMPSE of a Dense Gas Cocoon Enshrouding a Little Red Dot The Astrophysical Journal