Pontos vermelhos do James Webb podem ser primeiras estrelas do Universo

Dois pesquisadores do Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian propõem, em estudo publicado em 5 de fevereiro, uma resposta para misteriosos “pontos vermelhos” vistos pelo telescópio James Webb nos primeiros 2 bilhões de anos do Universo. Em vez de galáxias distantes comuns, os sinais indicam estrelas supermassivas à beira de colapsar em buracos negros.

Do enigma dos pontos vermelhos às estrelas gigantes

As manchas rubras começam a aparecer logo nos primeiros grandes levantamentos do James Webb, em 2022, quando o telescópio passa a sondar o Universo recém-nascido. Nos dados referentes aos primeiros 2 bilhões de anos após o Big Bang, astrônomos notam objetos muito compactos, extremamente brilhantes no infravermelho e sem explicação clara. Rapidamente, ganham o apelido de “pontos vermelhos”.

No início, a interpretação dominante é direta: seriam núcleos galácticos ativos, galáxias jovens alimentadas por buracos negros supermassivos que crescem depressa. Esse tipo de objeto costuma emitir grandes quantidades de energia, inclusive em raios X, e ajuda a explicar como as primeiras galáxias se formam. Os números, porém, começam a incomodar. Alguns pontos parecem pequenos demais para abrigar galáxias típicas e não mostram o tipo de luz de alta energia que se espera de buracos negros em fúria.

É nesse impasse que entram Devesh Nandal e Avi Loeb, especialistas em cosmologia e evolução cósmica em Harvard. Ao revisar os espectros coletados pelo Webb, eles se concentram na “assinatura química” desses objetos, a combinação de elementos revelada pela luz que chega aos instrumentos. O resultado vai na direção oposta das primeiras hipóteses: quase nada de metais pesados, apenas hidrogênio e hélio, os ingredientes mais simples forjados logo após o Big Bang.

Esse tipo de composição lembra o que os teóricos chamam de população primordial de estrelas, corpos celestes formados antes da existência significativa de elementos mais pesados. Em vez de ambientes galácticos já enriquecidos por gerações anteriores de estrelas, o que aparece ali é um material praticamente virgem, quimicamente intocado. A ausência de emissão clara em raios X reforça a suspeita de que não se trata de centros galácticos ativos.

No artigo que chega à revista The Astrophysical Journal em 5 de fevereiro, a dupla apresenta outro cenário. Os pontos vermelhos seriam estrelas supermassivas, milhares de vezes maiores que o Sol, registradas em sua fase final de vida, pouco antes de colapsarem e se transformarem em buracos negros. Modelos computacionais sugerem que astros desse porte podem reproduzir, quase ponto a ponto, as características observadas: brilho intenso, tamanho minúsculo em escala galáctica e espectros dominados por hidrogênio e hélio.

Loeb, um dos nomes mais conhecidos da astrofísica teórica, já defende há anos a ideia de que buracos negros supermassivos podem nascer de estrelas gigantes formadas nas primeiras centenas de milhões de anos do Universo. A hipótese encontra agora um conjunto de candidatos observacionais concreto. Para ele, se a leitura estiver correta, os astrônomos estão “olhando para alguns dos primeiros capítulos escritos pelas estrelas na história do cosmos”.

O que muda na compreensão da origem das estruturas cósmicas

A identificação dos pontos vermelhos como estrelas supermassivas não é apenas uma troca de rótulo. A interpretação altera a linha do tempo da formação das primeiras estruturas cósmicas e atinge um dos debates centrais da cosmologia: como buracos negros com bilhões de vezes a massa do Sol surgem tão cedo na história do Universo. As observações do Webb mostram esses gigantes já formados em épocas em que o cosmos tem menos de 1 bilhão de anos, um desafio para os modelos tradicionais.

Se os pontos vermelhos forem mesmo estrelas supermassivas em colapso, eles oferecem um atalho natural para esse quebra-cabeça. Em vez de buracos negros pequenos, formados por estrelas comuns, crescendo lentamente ao engolir gás e estrelas vizinhas, o processo começaria com sementes muito maiores, criadas a partir do colapso direto dessas estrelas gigantes. A transição entre as primeiras fontes de luz e os primeiros buracos negros supermassivos se torna mais rápida e eficiente.

A implicação se espalha por outras áreas da astrofísica. A presença de estrelas tão grandes e tão cedo afeta o ritmo em que o Universo deixa de ser escuro e neutro para se tornar ionizado, transparente à luz, num processo conhecido como reionização cósmica. Também influencia a forma como a matéria escura, que responde por cerca de 85% da matéria total do cosmos, se aglomera e molda as primeiras galáxias. Modelos de formação de estruturas precisam levar em conta essa geração inicial de estrelas extremas.

Mesmo quem não acompanha de perto a literatura científica sente o impacto de um resultado assim na maneira de contar a história do Universo. Os livros didáticos descrevem há décadas uma sequência em que pequenas estrelas nascem primeiro, explodem, enriquecem o meio com elementos pesados e preparam o terreno para corpos mais complexos. A possível existência de estrelas supermassivas, com milhares de massas solares, obriga a reescrever parte desse roteiro, inserindo personagens muito mais exuberantes logo na abertura da narrativa cósmica.

O próprio James Webb, lançado em 2021 a um custo superior a US$ 10 bilhões, ganha um papel ainda mais central. O telescópio já entrega o mapa mais detalhado da matéria escura e revela galáxias espirais surpreendentemente parecidas com a Via Láctea em épocas remotas. Agora, passa a ser também a principal janela para uma fase da evolução estelar que, até poucos anos atrás, existia apenas nas equações dos teóricos.

Próximos passos e as perguntas que continuam em aberto

A proposta de Nandal e Loeb ainda precisa atravessar o crivo das observações adicionais. A confirmação exigirá, entre outros testes, medições mais precisas do tamanho desses objetos, detecções em diferentes comprimentos de onda e comparações com novas simulações numéricas. Equipes que trabalham com dados do Webb e de outros observatórios, inclusive de raios X, já começam a buscar sinais que possam confirmar ou derrubar o cenário das estrelas supermassivas.

O estudo também abre espaço para que missões futuras ampliem a caçada. Telescópios como o Roman, da Nasa, previsto para a próxima década, e grandes observatórios terrestres em construção devem rastrear regiões ainda mais extensas do céu, multiplicando o número de candidatos. Cada nova detecção ajuda a afinar estimativas de quantas dessas estrelas existiram, quanto tempo viveram e quanta matéria de fato converteram em buracos negros.

O resultado tem efeito imediato sobre a agenda de pesquisa em cosmologia, física de partículas e astrofísica estelar. Teóricos passam a ajustar modelos de formação das primeiras estruturas à luz dos novos dados, enquanto observadores redesenham programas de observação para priorizar objetos que possam ser ancestrais diretos dos buracos negros supermassivos atuais. A fronteira entre teoria e observação se torna mais porosa, com cada imagem do Webb servindo de teste quase instantâneo para novas ideias.

Mesmo com o avanço, algumas questões permanecem sem resposta clara. A que taxa essas estrelas se formam nos primeiros 2 bilhões de anos? Que mecanismos físicos permitem que acumulem tantas massas solares antes de desmoronar sob a própria gravidade? Em que medida elas influenciam a química do Universo nascente? As respostas podem redefinir não apenas o início da história cósmica, mas também o lugar do nosso próprio sistema planetário nessa cronologia.

Enquanto novos dados não chegam, os pontos vermelhos que intrigam os astrônomos desde os primeiros meses do James Webb ganham um novo significado. Em vez de meras anomalias luminosas em mapas distantes, podem ser retratos finais de algumas das primeiras estrelas que já existiram, registradas no instante em que preparam o palco para os buracos negros que ainda hoje remodelam galáxias inteiras.