O Telescópio Webb capturou um "universo que não deveria existir": buracos negros absurdamente grandes, galáxias estranhamente brilhantes, a teoria do Big Bang está errada?

O Telescópio Espacial James Webb (JWST) continua capturando imagens do universo primitivo que a teoria não consegue explicar: buracos negros que cresceram rápido demais, galáxias antigas brilhantes demais e centenas de misteriosos objetos celestes nunca vistos antes, os "pontos vermelhos pequenos".

(Contexto: Dois astronautas da NASA finalmente voltaram para casa após 9 meses presos no espaço, mas sofrem com sequelas como se tivessem envelhecido dez anos) (Complemento: NASA planeja usar blockchain para armazenar dados humanos importantes na Lua: para evitar a destruição da Terra)

Índice deste artigo

Toggle

• Buraco negro com massa de um bilhão de sóis
• Galáxias não só crescem rápido demais, mas também são inexplicavelmente brilhantes
• Pontos vermelhos pequenos: "Estrelas buraco negro" envoltas em gás?
• Evidências se contradizem, teorias se acumulam

O Telescópio Espacial James Webb (JWST) tem desafiado constantemente as suposições mais básicas da astrofísica: o universo primitivo que ele vê não corresponde em nada às teorias originais. Buracos negros que atingiram até um bilhão de massas solares em menos de um bilhão de anos após o Big Bang, galáxias antigas cujo brilho excede em muito as previsões das simulações e centenas de objetos celestes misteriosos, os "pontos vermelhos pequenos", nunca observados antes do lançamento do JWST em 2022.

De acordo com uma reportagem da Quanta Magazine que entrevistou vários astrofísicos, essa confusão está gerando uma nova onda de teorias tentando explicar o "universo impossível" revelado pelo Telescópio James Webb. Três mistérios se entrelaçam e, atualmente, ninguém ousa dizer qual interpretação é a resposta final.

Buraco negro com massa de um bilhão de sóis

Jenny Greene, astrofísica da Universidade de Princeton, disse à Quanta Magazine que o universo primitivo, originalmente liso e sem características, "já vemos buracos negros com massa de um bilhão de sóis crescendo" apenas algumas centenas de milhões de anos depois. O tamanho de um buraco negro depende do tamanho da semente e da rapidez do crescimento; mas as primeiras estrelas a colapsar deixaram no máximo sementes com cerca de 100 massas solares. Para crescer até um bilhão de massas solares num período tão inicial, "é preciso alimentá-los à força".

Acreditava-se que o crescimento dos buracos negros tinha um limite superior rígido (limite de Eddington), mas simulações recentes mostram que, se o disco de acreção se expandir de uma maneira específica, o gás pode superar a pressão de radiação, formando uma "acreção super-Eddington". Em 2024, o JWST observou um buraco negro cerca de 1,5 bilhão de anos após o Big Bang, que estava engolindo matéria a cerca de 40 vezes o limite de Eddington.

Outra teoria sugere que os maiores buracos negros não se originaram de estrelas desde o início, mas sim de nuvens de gás gigantes que colapsaram diretamente em sementes com cerca de 10.000 massas solares. Greene disse: "No computador, conseguimos criar buracos negros de colapso direto, mas não em quantidade suficiente para explicar todos os buracos negros."

Um estudo recente trouxe novas evidências para o colapso direto: um ponto vermelho pequeno, ampliado por lentes gravitacionais, datado de cerca de 750 milhões de anos após o Big Bang, foi identificado como um buraco negro supermassivo "nu", estimado em até 50 milhões de massas solares, sem estrelas identificáveis ao redor, sugerindo que ele pode ter nascido como uma semente gigante antes de qualquer galáxia.

Jenny Greene afirmou: "Claramente, existem diferenças na forma como os buracos negros crescem que ainda não compreendemos."

Galáxias não só crescem rápido demais, mas também são inexplicavelmente brilhantes

Antes mesmo de o mistério dos buracos negros ser resolvido, muitas galáxias primitivas descobertas pelo JWST também são "brilhantes demais". Rachel Somerville, cientista do Flatiron Institute, apresentou simulações atualizadas em uma conferência em Helsingør, Dinamarca, em abril deste ano: "Antes do redshift 15 (270 milhões de anos) não acontecia muita coisa, mas no redshift 9 (550 milhões de anos) já conseguimos criar uma galáxia bonita." No entanto, a galáxia mais antiga encontrada pelo JWST existe apenas cerca de 280 milhões de anos após o Big Bang, muito antes do cronograma das simulações.

Os teóricos propuseram várias explicações: a eficiência de conversão de gás em estrelas nas galáxias primitivas pode ser maior, a formação estelar pode ocorrer em surtos intermitentes, e o ambiente primitivo pode favorecer estrelas de altíssima luminosidade. Somerville riu amargamente: "Quase passamos de 'há galáxias primitivas demais para explicar' para 'existem teorias demais para explicá-las'."

O instrumento MIRI revelou ainda que as propriedades das galáxias primitivas variam enormemente. Hakim Atek, da Sorbonne Université, disse à Quanta Magazine: "Algumas galáxias parecem ter limpado todo o gás e poeira, mostrando apenas estrelas nuas; outras estão repletas de grandes quantidades de gás."

Isso sugere que a formação estelar pode ser um ciclo de explosões sucessivas. Além disso, há um grupo de galáxias com teores anormalmente altos de nitrogênio, indicando a existência de estrelas particularmente gigantescas no universo primitivo.

Pontos vermelhos pequenos: "Estrelas buraco negro" envoltas em gás?

Entre eles, os pontos vermelhos pequenos podem ser o mistério mais estranho.

Charlotte Mason, astrofísica do Cosmic Dawn Center em Copenhague, costuma usar rabiscos para entender os mistérios do universo. Seu caderno está cheio de desenhos de pontos vermelhos pequenos ultimamente. Esse tipo de objeto começa a aparecer em grande número cerca de 650 milhões de anos após o Big Bang e nunca havia sido observado antes.

A ideia mais recente é que os pontos vermelhos pequenos podem ser buracos negros envoltos em gás espesso, representando um novo tipo de objeto celeste, a "estrela buraco negro", onde a camada externa de gás denso brilha como a atmosfera de uma estrela. Mason analisou o espectro de um ponto vermelho pequeno; teoricamente, uma nuvem de gás denso causaria variações específicas em parte da luz, mas ela não as viu.

Ela confessou à Quanta Magazine: "E agora? Recomeçar. Se eu transformar o gás em grumos e desenhar buracos ao redor do buraco negro, devo conseguir um sinal mais próximo."

Evidências se contradizem, teorias se acumulam

Os três mistérios se encontram, e as evidências, na verdade, se contradizem. O buraco negro que devorava matéria a 40 vezes o limite de Eddington em 2024 apoia a hipótese de "sementes pequenas + acreção super-Eddington". Mas o buraco negro "nu" de 50 milhões de massas solares apoia a hipótese de "sementes grandes + colapso direto".

No lado das galáxias, a diversidade observada pelo MIRI também indica que não há um único cenário que se aplique a todas as galáxias primitivas. Talvez a afirmação de Greene seja a mais adequada: claramente existem diferenças, e não uma única resposta padrão.

A boa notícia é que as ferramentas estão evoluindo. Somerville disse que as simulações numéricas "têm feito progressos muito significativos", ajudando a interpretar o universo de alto redshift. Atek mencionou que, ao parear as galáxias observadas com as melhores análogas das simulações, é possível reconstruir toda a história da formação estelar.

Olhando mais adiante, a radiação de galáxias e buracos negros ionizou o oceano de hidrogênio neutro, marcando o fim da Era das Trevas do universo. As primeiras estrelas queimaram rapidamente seu combustível e explodiram como supernovas, semeando novos elementos como carbono, nitrogênio, oxigênio, fósforo e ferro – os ingredientes para planetas e vida. Lise Christensen, astrofísica do Cosmic Dawn Center, disse de forma direta: "Estamos olhando para trás, para aquilo que nos criou." Esta pode ser a primeira vez que a humanidade tem a oportunidade de ver com seus próprios olhos de onde veio.