Telescopul Spațial James Webb (JWST) a stârnit noi dezbateri în comunitatea astronomică prin detectarea unor obiecte neobișnuite, denumite "puncte roșii mici" (LRDs - Little Red Dots). Aceste surse compacte și extrem de îndepărtate, observate în universul timpuriu, au ridicat întrebări privind natura lor reală. Acum, o nouă cercetare sugerează că aceste puncte roșii ar putea fi, de fapt, găuri negre supermasive foarte active, aflate într-o fază tranzitorie, și că ar putea ascunde galaxii întregi.
De la primele lor apariții în datele Webb în 2022, astronomii au încercat să înțeleagă natura acestor obiecte enigmatice. O ipoteză principală este că LRDs reprezintă nuclee galactice active (AGN - Active Galactic Nuclei), dar comportamentul lor nu corespunde întru totul cu AGN-urile observate în universul apropiat. Numărul lor scade drastic pe măsură ce privim către obiecte mai puțin îndepărtate (cu redshift mai mic). Această discrepanță ridică o întrebare fundamentală: ce se întâmplă cu aceste obiecte misterioase pe măsură ce universul evoluează?
O posibilă cale evolutivă
O echipă de cercetători condusă de Pierluigi Rinaldi de la Steward Observatory, Universitatea din Arizona, a publicat recent un studiu în The Astrophysical Journal care ar putea oferi o parte din răspuns. Rezultatele sugerează că punctele roșii mici nu ar reprezenta o populație distinctă de galaxii. În schimb, aspectul lor neobișnuit ar putea fi, parțial, un efect al "biasului observațional". La distanțe extreme, structurile galactice înconjurătoare devin prea slabe pentru a fi detectate de telescoapele actuale, lăsând vizibilă doar sursa centrală luminoasă.
Cercetătorii au ajuns la această concluzie studiind o galaxie spirală cu redshift mai mic, numită WISEA J123635.56+621424.2, poreclită "Saguaro" datorită asemănării brațelor sale spirale cu cactusul omonim. Galaxia se află la un redshift de 2, ceea ce înseamnă că o vedem așa cum era la aproximativ 3,3 miliarde de ani după Big Bang. În centrul său se află o sursă roșie compactă, similară unui punct roșu mic. "Tot ce a fost creat în universul timpuriu trebuie să evolueze în ceva din jurul nostru. Am avut puține idei despre ce devin LRD-urile, dar aceste rezultate ne arată cum să găsim progenitura lor", a declarat co-autorul George Rieke.
Observații anterioare realizate de telescopul spațial Spitzer (decomisionat) au sugerat existența unei populații de galaxii compacte, obsedate de praf, în universul mai apropiat, inclusiv "Saguaro". Aceste descoperiri au pregătit terenul pentru observații mai detaliate cu telescoapele Hubble și Webb. "Saguaro este importantă deoarece este un prototip de punct roșu mic și una dintre puținele pe care le-am găsit la un redshift mai mic. Poate fi folosită pentru a studia calea acestor puncte pe parcursul timpului cosmic", a afirmat Fabio Pacucci.
Webb și Hubble dezvăluie "Saguaro" în detaliu
Rinaldi a examinat mii de surse, dar "Saguaro" a ieșit în evidență datorită observațiilor extrem de utile. O antenă de micro-shutters de pe Webb a fost poziționată direct peste nucleul galaxiei, permițând telescopului să colecteze date spectroscopice. Redshift-ul mai mic al galaxiei a oferit, de asemenea, o imagine mai clară a structurii sale mai ample. Echipa a combinat observații arhivistice de la Hubble (imagine UV) și Webb (imagine IR și date spectroscopice) pentru a studia galaxia pe întregul spectru electromagnetic.
Cercetătorii au utilizat diverse metode pentru a verifica dacă nucleul roșu compact al "Saguaro" corespunde caracteristicilor unui LRD tipic. Observațiile Webb și Hubble au arătat că nucleul emite mai puternic în lungimi de undă ultraviolete și infraroșii decât în spectrul vizibil, o proprietate comună LRD-urilor îndepărtate. De asemenea, au separat lumina de la galaxie de cea emisă de nucleu și au analizat emisia de raze X. Majoritatea LRD-urilor la redshift mare nu pot fi detectate în raze X, însă "Saguaro" a prezentat o emisie slabă de raze X, detectată de Observatorul Chandra.
"Observațiile de raze X arată că această galaxie are un nucleu galactic activ, și unul foarte obsedat de praf", a explicat Carys Gilbert. "Această combinație ar putea explica lipsa emisiilor de raze X pe care o vedem la alte puncte roșii mici. Se potrivește perfect cu puzzle-ul punctelor roșii."
Cum ar arăta "Saguaro" în universul timpuriu
Cercetătorii au efectuat un test suplimentar: au mutat digital galaxia "Saguaro" la un redshift mai mare, simulând cum ar arăta ea în trecutul cosmic. Rezultatul a fost impresionant. La distanțe simulate mai mari, galaxia înconjurătoare devenea prea slabă pentru a fi vizibilă, structura sa spiralată dispărând, în timp ce sursa luminoasă, similară unui LRD, rămânea vizibilă. Acest lucru susține ideea că, la distanțe mari, unele puncte roșii mici par izolate din cauza imposibilității de a detecta galaxiile înconjurătoare mult mai slabe.
"Teoria noastră este că majoritatea acestor surse îndepărtate sunt afectate de acest efect cosmologic, creând un bias observațional", a afirmat Rinaldi. "Pur și simplu nu putem analiza mediul imediat al punctelor roșii de la redshift mare, deoarece împrejurimile lor sunt prea slabe pentru a fi observate chiar și cu Webb. Punctele roșii sunt mult mai complexe decât un simplu punct; sunt doar vârful aisbergului – al unei găuri negre supermasive care interacționează cu mediul său apropiat."
O fază ascunsă a creșterii găurilor negre supermasive
Pe baza studiului "Saguaro", cercetătorii sugerează că punctele roșii mici nu formează o clasă unică de galaxii, ci ar putea reprezenta o fază temporară în care găurile negre supermasive sunt deosebit de active. Astfel, "Saguaro" ar putea oferi o legătură importantă între populația mare de LRD-uri văzute de Webb la redshift mare și galaxiile din universul mai recent. Cercetătorii subliniază, totuși, că "Saguaro" nu reprezintă neapărat toate LRD-urile, ci ilustrează o posibilă etapă în evoluția acestor surse compacte roșii. Sunt necesare mai multe observații pentru a confirma această interpretare. Echipa plănuiește să continue studiul "Saguaro" și să caute galaxii similare la redshifturi mai mici, precum și să analizeze arhiva Webb pentru a crea un recensământ mai amplu al punctelor roșii și a investiga cum mediul înconjurător influențează evoluția lor.