O JWST detetou oito buracos negros do universo primitivo agrupados aos pares e em convergência

Oito buracos negros antigos foram detetados emparelhados, e isso muda o que pensávamos saber sobre o Universo primitivo. O Telescópio Espacial James Webb identificou quatro pares de objetos misteriosos chamados “Little Red Dots”, cada par separado por apenas alguns milhares a dezenas de milhares de anos-luz, numa altura em que o cosmos tinha menos de mil milhões de anos. A probabilidade de encontrar tantos vizinhos próximos por acaso é extremamente reduzida. Eles estão a dirigir-se um ao outro e, quando eventualmente se fundirem, os astrónomos acreditam que essa colisão ajudará a explicar uma das questões mais profundas por resolver em cosmologia.

O enigma é este: nos primeiros mil milhões de anos de existência do Universo, os buracos negros acumularam massas de milhões ou mesmo milhares de milhões de sóis. O modelo padrão de crescimento de buracos negros — matéria a cair de forma constante ao longo de vastos períodos de tempo — tem dificuldade em explicar essa rapidez. Algo mais os deve ter alimentado. Um conjunto crescente de evidências aponta agora para fusões entre buracos negros como o ingrediente em falta, e estes quatro pares podem ser a primeira evidência visual direta de que as fusões estavam a acontecer, exatamente no local e momento certos.

O que são os Little Red Dots?

Desde que o JWST iniciou as suas operações científicas, descobriu uma classe de objetos que ninguém antecipava: fontes compactas, muito vermelhas, muito distantes, que aparecem em imagem após imagem do Universo primitivo. Os astrónomos deram-lhes o nome de Little Red Dots, ou LRDs. Mais de 300 foram já catalogados. Existem predominantemente entre cerca de 600 milhões e 1,6 mil milhões de anos após o Big Bang — correspondendo a desvios para o vermelho (redshifts) de cerca de seis — e a sua cor vermelha e brilho apontam para buracos negros em alimentação ativa, rodeados por densas nuvens de gás e poeira. Cada um está a crescer a um ritmo que, pelos padrões atuais, seria considerado extremo.

Leitura recomendadaOs pequenos pontos vermelhos do JWST são buracos negros em superacreção

O que tornou os LRDs intrigantes desde o início não foi apenas a sua taxa de crescimento, mas o seu número elevado. De acordo com as previsões baseadas nas condições do Universo nessa época, deveria haver muito menos. A sua abundância ainda carece de uma explicação completa, mas Takumi S. Tanaka, estudante de pós-graduação no Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe da Universidade de Tóquio, e o Professor John D. Silverman suspeitaram que o agrupamento — os LRDs a formar-se preferencialmente perto uns dos outros — poderia fazer parte da resposta.

Como os astrónomos encontraram os pares

Tanaka e Silverman analisaram imagens infravermelhas do JWST à procura de LRDs que parecessem invulgarmente próximos de outro LRD. O desafio é que o Universo primitivo contém muitas fontes, e dois objetos podem parecer próximos simplesmente porque a linha de visão atravessa uma região densa. Para descartar alinhamentos casuais, a equipa calculou com que frequência tais pares próximos apareceriam se os LRDs estivessem distribuídos aleatoriamente pelo céu.

Encontraram quatro pares. As separações variavam entre alguns milhares e dezenas de milhares de anos-luz — distâncias que, embora grandes para os padrões humanos, são extraordinariamente pequenas em termos cosmológicos. A própria Via Láctea tem cerca de 100.000 anos-luz de diâmetro. Estes pares estão, em termos cósmicos, praticamente a tocar-se. A probabilidade de todos os quatro pares terem surgido por acaso revelou-se estatisticamente improvável, levando a equipa a concluir que os LRDs se agrupam genuinamente a escalas de alguns quiloparsecs. Por outras palavras, não se formam aleatoriamente: tendem a formar-se perto uns dos outros e, quando o fazem, parecem estar numa rota de colisão.

Porque é que as fusões de buracos negros são importantes para a cosmologia

Quando dois objetos massivos tão próximos estão em órbita ou a cair um em direção ao outro, a gravidade faz o resto. As fusões de galáxias canalizam gás para ambos os buracos negros centrais, acelerando o seu crescimento. Os buracos negros acabam por espiralar juntos, libertando uma enorme explosão de ondas gravitacionais, e o objeto fundido herda a massa combinada de ambos os progenitores. Se os LRDs se estivessem a fundir rotineiramente ao longo dos primeiros mil milhões de anos, esse processo poderia explicar as massas extraordinárias que os buracos negros supermassivos já tinham acumulado quando o Universo era relativamente jovem.

Até estas observações, a acreção constante dominava o campo: matéria a espiralar, libertando energia sob a forma de raios X, o buraco negro a engordar lentamente ao longo do tempo. Esse modelo funciona no Universo moderno. No Universo primitivo, enfrenta um problema de tempo — simplesmente não houve tempo suficiente para a acreção, por si só, construir os monstros que os astrónomos agora encontram nos centros de galáxias antigas. As fusões são mais rápidas, e estes quatro pares, argumentam Tanaka e Silverman, podem ser exatamente essas fusões capturadas em formação.

O que isto não resolve

O artigo estabelece agrupamento, não fusão confirmada. Os quatro pares estão extraordinariamente próximos pelos padrões cósmicos, mas se algum deles irá realmente colidir — e em que escala de tempo — não pode ser determinado a partir de um único conjunto de imagens. Os astrónomos não podem observar um evento que se desenrola ao longo de milhões de anos durante o tempo de vida de um telescópio.

O estudo baseia-se também numa amostra relativamente pequena de LRDs com redshifts espectroscópicos confirmados, o que significa que as suas distâncias estão bem estabelecidas. Muitos outros candidatos a LRD no arquivo do JWST carecem dessa confirmação; a verdadeira fração de pares na população total pode ser superior ou inferior ao que estes quatro pares sugerem. A equipa reconhece que são necessárias observações adicionais do JWST e acompanhamento estatístico antes de o cenário de fusão poder ser tratado como ciência consolidada, em vez de uma hipótese convincente.

Há também uma questão em aberto sobre o que os LRDs são fundamentalmente. A maioria das evidências aponta para buracos negros em crescimento ativo, mas alguns investigadores propuseram que pelo menos uma fração dos LRDs são galáxias com formação estelar extremamente compactas e empoeiradas, e não buracos negros de todo. Se isso se revelar verdade para qualquer um dos pares aqui identificados, a interpretação de fusão muda significativamente.

Perguntas frequentes sobre os Little Red Dots

Porque é que estes objetos se chamam Little Red Dots?

O nome é puramente descritivo. As câmaras infravermelhas do JWST captam-nos como fontes pequenas, compactas e intensamente vermelhas contra o fundo do Universo primitivo. A sua cor provém das distâncias extremas envolvidas — a luz ultravioleta do gás energético à volta do buraco negro é desviada para o vermelho até ao infravermelho quando nos alcança — e possivelmente do avermelhamento pela poeira circundante.

A que distância estão estes buracos negros?

Os quatro pares estão localizados a redshifts de aproximadamente seis, correspondendo a um tempo de recuo de 12,5 a 12,8 mil milhões de anos. O próprio Universo tem cerca de 13,8 mil milhões de anos, o que significa que estamos a ver estes objetos quando o cosmos tinha menos de 10 por cento da sua idade atual.

Quando é que estes pares se fundirão realmente?

Isso não pode ser determinado a partir de uma imagem instantânea. Buracos negros separados por alguns milhares de anos-luz estão gravitacionalmente ligados, mas necessitam de muitos milhões de anos para espiralar e fundir-se. O que as observações mostram é a proximidade — não o calendário para a colisão.

Isto produzirá ondas gravitacionais detetáveis a partir da Terra?

Eventualmente, se e quando estas fusões se completarem, libertariam ondas gravitacionais a frequências muito baixas — muito abaixo do que o LIGO e o Virgo detetam. A Laser Interferometer Space Antenna (LISA), atualmente em desenvolvimento pela ESA e com lançamento previsto para a década de 2030, foi concebida para captar exatamente este tipo de sinal de fusões de buracos negros supermassivos no Universo primitivo.

O artigo de Tanaka e Silverman é o primeiro daquilo a que chamam a série Hidden in Pixels, que utilizará dados do JWST para mapear padrões de agrupamento em toda a população de LRDs. Estão planeadas observações de acompanhamento para confirmar as distâncias espectroscópicas dos pares candidatos e procurar sinais de interação em curso entre os buracos negros emparelhados. O Telescópio Espacial James Webb está operacional há quatro anos e, com cada novo conjunto de dados, o Universo primitivo revela estruturas e processos que nenhum modelo antes do lançamento do JWST tinha previsto com este grau de pormenor.

Reference: Tanaka, T.S. et al., “Hidden in Pixels. I. Discovery of dual ‘little red dots’ indicates excess clustering on kilo-parsec scales,” Publications of the Astronomical Society of Japan, 2026. DOI: 10.1093/pasj/psag092

Etiquetas: James Webb Space Telescope, black holes, early universe, gravitational waves, Kavli IPMU, Little Red Dots

Conteúdo semelhante

JWST revela que galáxias antigas escondem massa quatro vezes superior ao estimado

Os buracos negros mais pesados nascem da fusão de outros buracos negros

A Galáxia do Infinito: Uma Colisão Cósmica que Forja uma Nova Compreensão sobre a Origem dos Buracos Negros

Webb mediu um buraco negro de 13 mil milhões de anos — formou-se antes da sua própria galáxia

O Euclid descobriu mais quasares antigos num ano do que a ciência encontrou numa década

Webb encontrou uma galáxia várias vezes mais massiva que a Via Láctea e quase sem rotação