Astrónomos, utilizando o Telescópio Espacial James Webb, fizeram uma descoberta surpreendente acerca de uma galáxia que existe há muito, muito tempo e que está muito, muito longe: não está a girar.
Com os instrumentos do Telescópio Espacial James Webb, os astrónomos conseguem medir o movimento da matéria no interior das galáxias menos de dois mil milhões de anos após o Big Bang. Para sua surpresa, os astrónomos descobriram uma galáxia que não está a girar como seria de esperar para essa idade do Universo. Crédito: Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA/CIL/Adriana Manrique Gutierrez
É algo que só se observa nas galáxias mais massivas e maduras, que estão mais próximas de nós no espaço e no tempo, afirmou Ben Forrest, investigador científico do Departamento de Física e Astronomia da Universidade da Califórnia, em Davis, e primeiro autor do artigo científico publicado a 4 de maio na revista Nature Astronomy.
“Esta em particular não apresentava quaisquer indícios de rotação, o que foi surpreendente e muito interessante”, afirmou Forrest.
De acordo com as teorias actuais, à medida que as primeiras galáxias se formaram, o momento angular proveniente do gás em queda e a influência da gravidade fizeram com que elas começassem a girar.
Ao longo de milhares de milhões de anos, algumas galáxias, especialmente aquelas dentro de enxames de galáxias, fundiram-se umas com as outras várias vezes e as suas rotações combinadas somaram-se ou anularam-se parcialmente umas às outras. É por isso que algumas galáxias que estão mais próximas da Terra (e, portanto, também relativamente recentes) podem apresentar pouca rotação global, mas muito movimento aleatório de estrelas no seu interior.
Este processo deveria demorar muito, muito tempo, pelo que é surpreendente que a galáxia XMM-VID1-2075 tivesse atingido este estado quando o Universo tinha menos de 2 mil milhões de anos.
Forrest e os seus colegas do levantamento MAGAZ3NE (Massive Ancient Galaxies at z>3 NEar-Infrared) já tinham observado anteriormente esta galáxia com o Observatório W.M. Keck, no Hawaii.
“Observações anteriores do MAGAZ3NE tinham confirmado que esta era uma das galáxias mais massivas do Universo primitivo, com várias vezes o número de estrelas da nossa Via Láctea, e também confirmaram que já não estava a formar novas estrelas, tornando-a um alvo atraente para observações de acompanhamento”, disse Forrest.
Empurrando a fronteira
A equipa utilizou o Telescópio Espacial James Webb para observar mais atentamente a galáxia XMM-VID1-2075 e outras duas de idade semelhante. Conseguiram medir o movimento relativo da matéria no seu interior.
“Este tipo de trabalho tem sido realizado com muitas galáxias próximas, porque estão mais perto e parecem maiores, pelo que é possível realizar estes estudos a partir do solo, mas é muito difícil fazê-lo com galáxias com um grande desvio para o vermelho, uma vez que parecem muito mais pequenas no céu”, afirmou Forrest. “O James Webb está realmente a empurrar a fronteira deste tipo de estudos”.
Das três galáxias que analisaram, uma está claramente a girar, outra está “um pouco desorganizada” e a terceira não tem rotação, mas sim muito movimento aleatório, disse Forrest. “Isso é consistente com algumas das galáxias mais massivas do Universo local, mas foi um pouco surpreendente encontrá-la tão cedo”.
A ausência de contraste de cor na imagem de XMM-VID1-2075 (painel da esquerda) revela uma ausência de movimento de rotação em comparação com as outras duas galáxias (centro e direita). Crédito: Forrest et al., 2026
Como é que esta galáxia se tornou uma “galáxia de rotação lenta” em menos de 2 mil milhões de anos? Uma possibilidade é que seja o resultado não de múltiplas fusões, mas de uma única colisão entre duas galáxias a girar praticamente em direcções opostas. Essa ideia é apoiada pelas observações da equipa.
“Para esta galáxia em particular, vemos um grande excesso de luz na lateral. E isso sugere a existência de algum outro objecto que entrou e está a interagir com o sistema, podendo potencialmente alterar a sua dinâmica”, disse Forrest.
Os astrónomos continuam à procura de outros objectos semelhantes no Universo primitivo. Ao compararem as suas observações com simulações, conseguem testar teorias sobre a formação das galáxias.
“Existem algumas simulações que prevêem que haverá um número muito reduzido destas galáxias não giratórias numa fase muito inicial do Universo, mas esperam que sejam bastante raras. E, por isso, esta é uma forma de testarmos estas simulações e de percebermos realmente quão comuns são, o que nos pode então dar informações sobre se as nossas teorias sobre esta evolução estão corretas”, afirmou Forrest.
Utilizando o instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) a bordo do Telescópio Espacial James Webb, uma equipa de investigadores analisou a composição da superfície do exoplaneta rochoso LHS 3844 b. Para além de caracterizar as atmosferas exoplanetárias, este tipo de interpretação das propriedades geológicas de planetas que orbitam estrelas distantes é o próximo passo para desvendar a sua natureza. Os resultados desta investigação foram publicados na revista Nature Astronomy.
Esta fotografia de alta resolução do planeta Mercúrio assemelha-se provavelmente ao exoplaneta rochoso LHS 3844 b. Os resultados das observações do JWST apontam para um planeta rochoso sem atmosfera, com uma superfície escura semelhante a basalto, provavelmente com erosão espacial devido à irradiação e aos impactos de meteoritos. Crédito: NASA/JHUAPL/Instituto Carnegie
Uma super-Terra rochosa, escura e sem atmosfera
LHS 3844 b é um planeta rochoso 30% maior do que a Terra e orbita uma anã vermelha fria, completando uma volta em cerca de 11 horas. Girando apenas três diâmetros estelares acima da superfície da estrela hospedeira, o planeta sofre acoplamento de maré. Isto significa que uma rotação demora exactamente o mesmo tempo que uma revolução.
Como resultado, o mesmo hemisfério de LHS 3844 b está sempre voltado para a sua estrela, produzindo um lado diurno constante com uma temperatura média de aproximadamente 1000 Kelvin (cerca de 725º C). O sistema LHS 3844 está a apenas 48,5 anos-luz (14,9 parsecs) de distância da Terra.
“Graças à incrível sensibilidade do JWST, conseguimos detectar luz proveniente directamente da superfície deste distante planeta rochoso”, afirmou Laura Kreidberg, directora do Instituto Max Planck de Astronomia e investigadora principal do estudo. “Vemos uma rocha escura, quente e árida, desprovida de qualquer atmosfera”.
Espectro infravermelho do lado diurno e quente de LHS 3844 b, obtido a partir do contraste de brilho em relação à sua estrela hospedeira, expresso em ppm (partes por milhão = 0,0001%) em diferentes comprimentos de onda. Os dados observacionais obtidos pelos telescópios espaciais James Webb e Spitzer são consistentes com a presença de manto ou rocha vulcânica, ao passo que excluem a existência de uma crosta semelhante à da Terra. Crédito: Sebastian Zieba et al./Instituto Max Planck de Astronomia
Com a sua superfície escura, LHS 3844 b pode assemelhar-se a uma versão maior da Lua ou do planeta Mercúrio. Esta conclusão baseia-se na análise da radiação infravermelha recebida do lado diurno e quente do planeta. No entanto, ao medir esta radiação, os astrónomos não conseguem ver o planeta directamente; em vez disso, registam a variação repetitiva de brilho que recebem da combinação da estrela e do planeta em órbita.
O MIRI dividiu uma parte da emissão infravermelha do planeta, variando entre 5 e 12 micrómetros, em secções mais pequenas de comprimento de onda e mediu o brilho por intervalo de comprimento de onda. É a isto que os astrónomos chamam espectro, uma distribuição semelhante a um arco-íris dos componentes da luz. Outro ponto de dados, obtido a partir de observações com o Telescópio Espacial Spitzer e publicado há alguns anos, complementou a análise.
Limitações da actividade geológica
Tal como a investigação sobre as atmosferas exoplanetárias tem beneficiado da ciência climática, este campo emergente da geologia exoplanetária baseia-se no conhecimento geológico da Terra. Kreidberg, Sebastian Zieba (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian) e colaboradores executaram modelos de computador e acederam a bibliotecas de rochas e minerais conhecidos da Terra, da Lua e de Marte para ver que assinaturas infravermelhas produziriam sob as condições de LHS 3844 b. A comparação de dados baseados em observações com estas computações descartou com segurança uma composição comparável à da crosta terrestre, tipicamente rochas ricas em silicatos, como o granito.
Embora este resultado não seja muito surpreendente – mesmo no Sistema Solar, a Terra é o único planeta com tal crosta -, pode revelar detalhes sobre a história geológica de LHS 3844 b. Pensa-se que as crostas ricas em silicatos, semelhantes às da Terra, se formam através de um processo de refinamento prolongado que requer actividade tectónica e depende tipicamente da água como lubrificante. O material rochoso derrete e solidifica repetidamente à medida que se mistura com material do manto, deixando os minerais mais leves na superfície.
“Uma vez que LHS 3844 b carece dessa crosta de silicatos, pode-se concluir que a tectónica de placas semelhante à da Terra não se aplica a este planeta, ou que é ineficaz”, afirma Zieba. “Este planeta provavelmente contém apenas pouca água”.
O que podemos deduzir sobre a superfície rochosa de um exoplaneta?
Em vez disso, a superfície escura aponta para uma composição semelhante ao basalto terrestre ou lunar, ou ao material do manto da Terra. No entanto, os astrónomos tentaram uma caracterização ainda mais detalhada.
Uma análise estatística de quão bem este espectro se ajusta a várias misturas e configurações minerais revelou que extensas áreas sólidas de basalto ou rocha magmática correspondem melhor às observações. Estas são ricas em magnésio e ferro e podem incluir olivina. Material “triturado”, como rochas ou cascalho, também se ajusta razoavelmente bem, enquanto grãos ou poeiras são inconsistentes com as observações devido à sua aparência mais brilhante, pelo menos à primeira vista.
Sem uma atmosfera protectora, os planetas estão sujeitos à erosão espacial, impulsionada predominantemente pela radiação dura e energética da estrela hospedeira e pelos impactos de meteoritos de vários tamanhos.
Uma imagem em grande plano da pegada da bota de um astronauta no rególito lunar, composto por pó fino, durante a actividade extra-veicular da Apollo 11 na Lua. Podem existir condições semelhantes no exoplaneta LHS 3844 b, devido ao intemperismo espacial prolongado causado pela irradiação estelar e pelos impactos de meteoritos. Crédito: NASA
“Acontece que estes processos não só dissolvem lentamente rochas duras em rególito, uma camada de grãos finos ou pó como a que se encontra na Lua”, explica Zieba. “Também escurecem a camada ao acrescentar ferro e carbono, tornando as propriedades do rególito mais consistentes com as observações”.
Geologicamente recente ou desgastada? Dois cenários possíveis
Esta avaliação deixou os astrónomos com dois cenários para a superfície do planeta que encaixam igualmente bem nos dados. Um envolve uma superfície dominada por rocha escura e sólida, composta por minerais basálticos ou magmáticos. Em comparação com as escalas geológicas de tempo, a erosão espacial altera as suas propriedades rapidamente. Por isso, os astrónomos concluem que, neste cenário, a superfície deve ser relativamente jovem, resultante de actividade geológica recente, como vulcanismo generalizado.
O segundo cenário também propõe uma superfície escura, comparável à da Lua ou de Mercúrio. No entanto, este cenário tem em conta um intemperismo espacial prolongado, o que leva a regiões extensas cobertas por uma camada de rególito escurecido, um pó fino também presente na Lua, como evidenciado pelas fotos icónicas das pegadas dos astronautas. Esta alternativa assenta em períodos mais longos de inactividade geológica, exigindo assim condições opostas às do primeiro cenário.
Tentativas de resolver a ambiguidade
Estas duas alternativas diferem no necessário grau de actividade geológica recente. Na Terra e noutros objectos activos do Sistema Solar, um fenómeno típico durante essa actividade é a libertação de gases. O dióxido de enxofre (SO₂) é um gás frequentemente associado ao vulcanismo.
Se estivesse presente em LHS 3844 b em quantidades razoáveis, o MIRI deveria tê-lo detectado. No entanto, não encontrou nada. Por conseguinte, um período recente de actividade parece improvável, o que leva os astrónomos a favorecer o segundo cenário. Se estiver correto, LHS 3844 b pode realmente assemelhar-se muito a Mercúrio.
Para testar a sua ideia, Zieba, Kreidberg e os seus colegas já estão a seguir uma abordagem mais directa. Obtiveram observações adicionais do JWST, que lhes deverão permitir discernir as condições da superfície, explorando pequenas diferenças na forma como placas sólidas e pós emitem ou reflectem a luz.
A distribuição dos ângulos de emissão depende da rugosidade da superfície, que afecta a quantidade de radiação recebida num determinado ângulo de visão. Este conceito é aplicado com sucesso na caracterização de asteróides no Sistema Solar. “Estamos confiantes de que a mesma técnica nos permitirá esclarecer a natureza da crosta de LHS 3844 b e, no futuro, de outros exoplanetas rochosos”, conclui Kreidberg.
Um objecto recém-descoberto pode ser a chave para desvendar a verdadeira natureza de uma misteriosa classe de fontes que os astrónomos têm recentemente encontrado no Universo primitivo.
Esta imagem de um objecto especial, apelidado de “ponto de raios X”, representa uma descoberta do Chandra que poderá ajudar a explicar a natureza de uma misteriosa classe de fontes no Universo primitivo. A imagem óptica e infravermelha do Hubble mostra a região em torno do ponto de raios X, enquanto a imagem de raios X do Chandra apresenta um grande plano. Antes desta descoberta, não se sabia que os “pequenos pontos vermelhos” observados pelo telescópio Webb emitissem raios X. Este emite, o que leva os investigadores a propor que o ponto de raios X representa uma fase de transição até então desconhecida do crescimento de buracos negros super-massivos. Crédito: raios X – NASA/CXC/Instituto Max Plank/R. Hviding et al.; ótico/infravermelho – NASA/ESA/STScI/HST; processamento de imagem – NASA/CXC/SAO/N. Wolk
Um “ponto de raios X” detectado pelo Observatório de raios X Chandra da NASA poderá explicar o que são estas centenas ou, potencialmente, milhares de objectos. Um artigo científico que descreve os resultados foi publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.
Pouco depois de o Telescópio Espacial James Webb da NASA ter iniciado as suas observações científicas, surgiram relatos de uma nova classe de objectos misteriosos. Os astrónomos encontraram pequenos objectos vermelhos a cerca de 12 mil milhões de anos-luz da Terra ou mais longe, que ficaram conhecidos como “Pequenos Pontos Vermelhos” (ou LRDs, sigla inglesa para “Little Red Dots”).
Muitos cientistas pensam que os LRDs são buracos negros super-massivos embebidos em nuvens densas de gás, que mascaram algumas das assinaturas típicas em diferentes tipos de luz – incluindo raios X – que os astrónomos costumam usar para os identificar. Isto torná-los-ia diferentes dos típicos buracos negros super-massivos em crescimento, que não estão embebidos em gás denso, permitindo que a brilhante luz ultravioleta e os raios X provenientes do material em órbita dos buracos negros escapem.
Devido a isto e às suas potenciais semelhanças com as atmosferas estelares, os astrónomos chamaram a isto o cenário da “estrela-buraco negro” para os LRDs.
Este novo “ponto de raios X” (oficialmente designado 3DHST-AEGIS-12014), localizado a cerca de 11,8 mil milhões de anos-luz da Terra, poderá constituir uma ponte crucial entre as estrelas-buraco negro e os típicos buracos negros super-massivos em crescimento. Exibe a maioria das características de um LRD, incluindo o facto de ser pequeno, vermelho e estar localizado a uma grande distância, mas brilha em raios X, ao contrário de outros LRDs.
“Os astrónomos há vários anos que têm vindo a tentar descobrir o que são os pequenos pontos vermelhos”, afirmou o autor principal, Raphael Hviding, do Instituto Max Planck de Astronomia, na Alemanha. “Este objecto de raios X individual pode ser – para usar uma expressão – o que nos permite ligar todos os pontos”.
lustração de uma vista em grande plano de um ponto de raios X, 3DHST-AEGIS-12014. Crédito: NASA/CXC/SAO/M. Weiss; adaptada por K. Arcand e J. Major
A equipa encontrou este objecto especial após comparar novos dados do Webb com um levantamento profundo realizado anteriormente pelo Chandra.
“Se os pequenos pontos vermelhos são buracos negros super-massivos em rápido crescimento, por que razão não emitem raios X como outros buracos negros semelhantes?”, pergunta a co-autora Anna de Graaff, do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, em Cambridge, Massachusetts, EUA. “Encontrar um pequeno ponto vermelho que parece diferente dos outros dá-nos uma nova e importante perspetiva sobre o que os poderá alimentar”.
Os investigadores sugerem que o ponto de raios X representa uma fase de transição de um LRD para um buraco negro super-massivo em crescimento típico. À medida que a estrela-buraco negro consome o gás circundante, surgem abertas irregulares nas nuvens de gás. Isto permite que os raios X provenientes do material que cai no buraco negro consigam atravessar, sendo observados pelo Chandra. Eventualmente, todo o gás é consumido e a estrela-buraco negro deixa de existir.
Existem também indícios nos dados do Chandra, relativos ao ponto de raios X, de que há variações no brilho dos raios X, o que corrobora a ideia de que o buraco negro está parcialmente obscurecido. À medida que a nuvem de gás gira, zonas de gás mais denso e menos denso podem transitar à frente do buraco negro (da perspectiva do Sistema Solar), causando alterações no brilho dos raios X.
“Se confirmarmos que o ponto de raios X é um pequeno ponto vermelho em transição, não só seria o primeiro do seu género, como poderíamos estar a ver o interior de um pequeno ponto vermelho pela primeira vez”, afirmou o co-autor Hanpu Liu, da Universidade de Princeton, em New Jersey, EUA. “Teríamos também a evidência mais forte até à data de que o crescimento de buracos negros super-massivos está no centro de alguns, se não de todos, os pequenos pontos vermelhos”.
Uma ideia alternativa para o ponto de raios X é que se trata de um tipo mais comum de buraco negro super-massivo em crescimento, mas que está envolto num tipo exótico de poeira que os astrónomos nunca viram antes. Estão previstas observações futuras que deverão ser capazes de revelar a verdade.
“O ponto de raios X estava presente nos nossos dados do levantamento Chandra há mais de dez anos, mas não fazíamos ideia do quão notável era antes de o Webb ter vindo observar o campo”, afirmou o co-autor Andy Goulding, de Princeton. “Este é um exemplo marcante da colaboração entre dois grandes observatórios”.
Um objecto recém-descoberto pode ser a chave para desvendar a verdadeira natureza de uma misteriosa classe de fontes que os astrónomos têm recentemente encontrado no Universo primitivo.
Um “ponto de raios X” detectado pelo Observatório de raios X Chandra da NASA poderá explicar o que são estas centenas ou, potencialmente, milhares de objectos. Um artigo científico que descreve os resultados foi publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.
Pouco depois de o Telescópio Espacial James Webb da NASA ter iniciado as suas observações científicas, surgiram relatos de uma nova classe de objectos misteriosos. Os astrónomos encontraram pequenos objectos vermelhos a cerca de 12 mil milhões de anos-luz da Terra ou mais longe, que ficaram conhecidos como “Pequenos Pontos Vermelhos” (ou LRDs, sigla inglesa para “Little Red Dots”).
Muitos cientistas pensam que os LRDs são buracos negros super-massivos embebidos em nuvens densas de gás, que mascaram algumas das assinaturas típicas em diferentes tipos de luz – incluindo raios X – que os astrónomos costumam usar para os identificar. Isto torná-los-ia diferentes dos típicos buracos negros super-massivos em crescimento, que não estão embebidos em gás denso, permitindo que a brilhante luz ultravioleta e os raios X provenientes do material em órbita dos buracos negros escapem.
Devido a isto e às suas potenciais semelhanças com as atmosferas estelares, os astrónomos chamaram a isto o cenário da “estrela-buraco negro” para os LRDs.
Este novo “ponto de raios X” (oficialmente designado 3DHST-AEGIS-12014), localizado a cerca de 11,8 mil milhões de anos-luz da Terra, poderá constituir uma ponte crucial entre as estrelas-buraco negro e os típicos buracos negros super-massivos em crescimento. Exibe a maioria das características de um LRD, incluindo o facto de ser pequeno, vermelho e estar localizado a uma grande distância, mas brilha em raios X, ao contrário de outros LRDs.
“Os astrónomos há vários anos que têm vindo a tentar descobrir o que são os pequenos pontos vermelhos”, afirmou o autor principal, Raphael Hviding, do Instituto Max Planck de Astronomia, na Alemanha. “Este objecto de raios X individual pode ser – para usar uma expressão – o que nos permite ligar todos os pontos”.
Ilustração de uma vista em grande plano de um ponto de raios X, 3DHST-AEGIS-12014.
Crédito: NASA/CXC/SAO/M. Weiss; adaptada por K. Arcand e J. Major
A equipa encontrou este objecto especial após comparar novos dados do Webb com um levantamento profundo realizado anteriormente pelo Chandra.
“Se os pequenos pontos vermelhos são buracos negros super-massivos em rápido crescimento, por que razão não emitem raios X como outros buracos negros semelhantes?”, pergunta a co-autora Anna de Graaff, do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, em Cambridge, Massachusetts, EUA. “Encontrar um pequeno ponto vermelho que parece diferente dos outros dá-nos uma nova e importante perspectiva sobre o que os poderá alimentar”.
Os investigadores sugerem que o ponto de raios X representa uma fase de transição de um LRD para um buraco negro super-massivo em crescimento típico. À medida que a estrela-buraco negro consome o gás circundante, surgem abertas irregulares nas nuvens de gás. Isto permite que os raios X provenientes do material que cai no buraco negro consigam atravessar, sendo observados pelo Chandra. Eventualmente, todo o gás é consumido e a estrela-buraco negro deixa de existir.
Existem também indícios nos dados do Chandra, relativos ao ponto de raios X, de que há variações no brilho dos raios X, o que corrobora a ideia de que o buraco negro está parcialmente obscurecido. À medida que a nuvem de gás gira, zonas de gás mais denso e menos denso podem transitar à frente do buraco negro (da perspectiva do Sistema Solar), causando alterações no brilho dos raios X.
“Se confirmarmos que o ponto de raios X é um pequeno ponto vermelho em transição, não só seria o primeiro do seu género, como poderíamos estar a ver o interior de um pequeno ponto vermelho pela primeira vez”, afirmou o co-autor Hanpu Liu, da Universidade de Princeton, em New Jersey, EUA. “Teríamos também a evidência mais forte até à data de que o crescimento de buracos negros super-massivos está no centro de alguns, se não de todos, os pequenos pontos vermelhos”.
Uma ideia alternativa para o ponto de raios X é que se trata de um tipo mais comum de buraco negro super-massivo em crescimento, mas que está envolto num tipo exótico de poeira que os astrónomos nunca viram antes. Estão previstas observações futuras que deverão ser capazes de revelar a verdade.
“O ponto de raios X estava presente nos nossos dados do levantamento Chandra há mais de dez anos, mas não fazíamos ideia do quão notável era antes de o Webb ter vindo observar o campo”, afirmou o co-autor Andy Goulding, de Princeton. “Este é um exemplo marcante da colaboração entre dois grandes observatórios”.
Webdesigner, Computer Networks and Systems, Programmer, Astronomer, Photographer, Blogger, Culinary Cook, Certificate Microsoft Network Server, Administrative and Financial Manager, IA, Scientific Researcher, Digital Content Performer, Musician: Spanish Classical Viola, Double Bass, Vocalist and Drummer 
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