Astrônomos do MIT e de outras instituições detectaram um ponto vermelho extremamente brilhante no universo primordial. O objeto se assemelha a uma estrela enorme, com uma dimensão equivalente à do nosso sistema solar. Mas ele também emite 100 bilhões de vezes mais energia do que qualquer estrela conhecida pode produzir fisicamente. Na verdade, essa energia é mais próxima da que um buraco negro poderia gerar.

Essa combinação curiosa sugere que a Grande Mancha Vermelha seja um tipo totalmente novo de fonte astrofísica. Os astrônomos a estão chamando de "estrela de buraco negro".

Em um artigo publicado hoje na revista Nature , a equipe apresenta sua análise do novo objeto, que descobriram usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA. O telescópio detectou o ponto vermelho brilhante no universo primordial, apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang.

Os cientistas concluíram que a explicação mais provável para o estranho ponto vermelho é que se trata de uma fusão de um buraco negro e uma estrela — uma combinação nunca antes observada. O objeto provavelmente é uma nuvem de gás extremamente densa, alimentada não por fusão nuclear convencional, mas por um buraco negro central.

“Nossa compreensão desse objeto está evoluindo muito rapidamente”, diz o autor principal, Rohan Naidu, bolsista do programa Hubble da NASA e bolsista Pappalardo no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial (MKI) do MIT. “Acreditamos que exista um buraco negro central com 100.000 vezes a massa do Sol. E ao redor desse buraco negro, haveria um extenso envelope de gás que se assemelha a uma estrela do tamanho do Sistema Solar. É enorme.”

Se o ponto vermelho brilhante for de fato um buraco negro, isso ajudaria a desvendar a identidade de outros misteriosos "pequenos pontos vermelhos" que apareceram em praticamente todas as imagens do espaço profundo capturadas pelo JWST até o momento.

“Esses pequenos pontos vermelhos parecem estar por toda parte no início do universo, mas essencialmente desaparecem nos dias atuais”, diz Naidu. “O que exatamente esses objetos são tem sido um dos tópicos mais debatidos da era JWST.”

Os coautores do estudo no MIT são Robert Simcoe, diretor do MKI e professor titular da cátedra Bruno B. Rossi de Física Experimental; e Wendy Sun '26, juntamente com colaboradores de diversas outras instituições.

Naidu e seus colegas não tinham a intenção de encontrar um buraco negro estelar. Eles estavam procurando pelas galáxias mais distantes e antigas, como parte de um levantamento que denominaram "Miragem ou Milagre" (MoM). A equipe usou o JWST para observar o espaço profundo, quando o universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos. Seu objetivo era encontrar galáxias que de fato se formaram naquela época primordial.

“Havia esse enigma de muitas galáxias brilhantes surgindo em épocas extremamente primordiais”, diz Naidu. “O que descobrimos foi que o que parece ser uma galáxia primordial extremamente brilhante, também conhecida como 'milagre', em alguns casos poderia na verdade ser uma 'miragem'.”

Ao analisarem as imagens do JWST em busca de fontes interessantes para direcionar seu levantamento, eles notaram uma característica que se destacava das demais: um ponto muito vermelho e muito brilhante.

“Quando vemos algo muito vermelho no universo, muitas vezes presumimos que esteja rodeado de poeira, como fuligem ou cinzas”, explica Simcoe. “Da mesma forma que a fumaça dos incêndios florestais no Canadá recentemente deixou o céu de Boston com uma cor vermelha intensa, os objetos astronômicos também podem parecer mais vermelhos do que sua cor intrínseca quando vistos através de uma camada de poeira.”

Mas havia outras características na luz que não correspondiam exatamente ao que os físicos esperam da poeira. A equipe também observou outro padrão estranho: a luz do ponto era extremamente brilhante, exceto abaixo de certos comprimentos de onda, onde a luz desaparecia completamente. 

Essa queda espectral é conhecida como "quebra de Balmer" — uma característica tradicionalmente associada ao gás denso que absorve fótons nas atmosferas de estrelas com algumas centenas de milhões de anos. Vega, uma das estrelas mais brilhantes do céu noturno, apresenta exatamente esse padrão. 

“A ruptura que observamos neste objeto é a mais profunda que já vimos em qualquer objeto, descartando estrelas 'comuns' como fonte”, diz Naidu. “Mas isso nos fez pensar se estaríamos vendo um novo tipo de 'atmosfera estelar', só que em uma escala espetacular.” 

Além disso, a luz do ponto vermelho praticamente não continha vestígios de metais ou quaisquer outros elementos além de hidrogênio e hélio. "Era realmente singular em muitos aspectos", diz Naidu.

Para descobrir a origem do ponto vermelho, a equipe realizou simulações de diferentes cenários para verificar qual combinação de características astrofísicas poderia produzir a cor característica do ponto vermelho.

“Começamos a nos perguntar: será que seria possível criar algo tão vermelho usando apenas hidrogênio, sem nenhuma poeira?”, diz Simcoe. “Para nossa surpresa, descobrimos que sim, se você tiver uma camada extremamente densa de hidrogênio, tão densa que se parece mais com a superfície de uma estrela enorme do que com uma nebulosa interestelar tênue.”

Suas simulações indicaram que o ponto vermelho poderia ser alguma poderosa fonte de energia envolta em um casulo extremamente denso de hidrogênio. Se esse fosse o caso, explicaria a quebra de Balmer que bloqueia a luz e a ausência de qualquer outro elemento além de hidrogênio e hélio observada pelos astrônomos. Mas ainda assim não explicaria o brilho extremo do objeto.

“Você tem algo que se parece um pouco com uma estrela, mas é 100 bilhões de vezes mais brilhante”, diz Naidu. “Isso significa que não é possível alimentá-lo com fusão nuclear, que é a fonte de energia que está no centro de todas as estrelas que temos.”

Buracos negros, no entanto, produzem energia rotineiramente nas escalas observadas pela equipe. Naidu e seus colegas incorporaram um buraco negro ativo em acreção em suas simulações da estrela envolta em hidrogênio e variaram a massa do buraco negro, juntamente com outros parâmetros. Em seguida, compararam o brilho resultante da "estrela com buraco negro" simulada com o brilho observado pelo JWST a partir do ponto vermelho.

A partir dessas simulações, eles encontraram a correspondência mais próxima e concluíram que o cenário mais provável para explicar o ponto vermelho é uma estrela com buraco negro. Especificamente, o objeto provavelmente contém um buraco negro central com cerca de 100.000 vezes a massa do Sol. Esse núcleo poderoso é circundado por um denso casulo de hidrogênio, semelhante a uma estrela, com aproximadamente o tamanho do sistema solar.

A equipe batizou o objeto de MoM-BH*-1, em referência ao levantamento que o detectou, e também com a alcunha de "estrela de buraco negro - um", o que implica que o objeto é o primeiro de muitos outros. Os pesquisadores suspeitam que estrelas de buraco negro possam explicar muitos dos outros pequenos pontos vermelhos que aparecem nas imagens do JWST. Esses objetos não são tão brilhantes quanto o MoM-BH*-1. 

“Cada pequeno ponto vermelho é consistente com uma estrela de buraco negro, imersa em uma galáxia primitiva genérica”, diz Naidu. “Mas o que é especial em MoM-BH*-1 é que a estrela do buraco negro está essencialmente ofuscando completamente a galáxia hospedeira ao seu redor, de modo que estamos vendo a luz pura da estrela do buraco negro.”

Esta pesquisa foi financiada, em parte, pelo Departamento de Física do MIT, pela NASA e pelo Instituto de Ciência do Telescópio Espacial.