p Os astrônomos esperam que as primeiras galáxias, aqueles que se formaram apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang, compartilharia muitas semelhanças com algumas das galáxias anãs que vemos no universo próximo hoje. Essas primeiras aglomerações de alguns bilhões de estrelas se tornariam os blocos de construção das galáxias maiores que passaram a dominar o universo após os primeiros bilhões de anos. p Observações em andamento com o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), Contudo, descobriram exemplos surpreendentes de galáxias repletas de estrelas vistas quando o cosmos tinha menos de um bilhão de anos. Isso sugere que blocos de construção galácticos menores foram capazes de se reunir em grandes galáxias muito rapidamente.

p As últimas observações do ALMA atrasam ainda mais esta época de formação de galáxias massivas, identificando duas galáxias gigantes vistas quando o universo tinha apenas 780 milhões de anos, ou cerca de 5 por cento de sua idade atual. O ALMA também revelou que essas galáxias incomumente grandes estão aninhadas dentro de uma estrutura cósmica ainda mais massiva, um halo de matéria escura vários trilhões de vezes mais massivo que o sol.

p As duas galáxias estão tão próximas - menos do que a distância da Terra ao centro de nossa galáxia - que em breve se fundirão para formar a maior galáxia já observada naquele período da história cósmica. Esta descoberta fornece novos detalhes sobre o surgimento de grandes galáxias e o papel que a matéria escura desempenha na montagem das estruturas mais massivas do universo.

p Os pesquisadores relatam suas descobertas no jornal Natureza .

p "Com essas observações requintadas do ALMA, astrônomos estão vendo a galáxia mais massiva conhecida no primeiro bilhão de anos do universo no processo de montagem, "disse Dan Marrone, professor associado de astronomia da Universidade do Arizona em Tucson e autor principal do artigo.

p Os astrônomos estão vendo essas galáxias durante um período da história cósmica conhecido como a Época da Reionização, quando a maior parte do espaço intergaláctico foi inundado por uma névoa obscura de gás hidrogênio frio. À medida que mais estrelas e galáxias se formavam, sua energia eventualmente ionizou o hidrogênio entre as galáxias, revelando o universo como o vemos hoje.

p "Geralmente vemos isso como o tempo de pequenas galáxias trabalhando duro para mastigar o meio intergaláctico neutro, "disse Marrone." Montando evidências observacionais com o ALMA, Contudo, ajudou a reformular essa história e continua a atrasar o tempo em que galáxias verdadeiramente massivas surgiram no universo. "

p As galáxias que Marrone e sua equipe estudaram, conhecido coletivamente como SPT0311-58, foram originalmente identificados como uma única fonte pelo South Pole Telescope. Essas primeiras observações indicaram que este objeto estava muito distante e brilhando intensamente na luz infravermelha, o que significa que estava extremamente empoeirado e provavelmente passando por uma explosão de formação de estrelas. As observações subsequentes com o ALMA revelaram a distância e a natureza dual do objeto, claramente resolvendo o par de galáxias em interação.

p Para fazer esta observação, ALMA teve alguma ajuda de lentes gravitacionais, que forneceu um impulso de observação para o telescópio. As lentes gravitacionais se formam quando um objeto massivo intervém, como uma galáxia ou aglomerado de galáxias, desvia a luz de galáxias mais distantes. Eles fazem, Contudo, distorcer a aparência do objeto que está sendo estudado, exigindo sofisticados modelos de computador para reconstruir a imagem como ela apareceria em seu estado inalterado.

p Este processo de "remoção de lentes" forneceu detalhes intrigantes sobre as galáxias, mostrando que o maior dos dois está formando estrelas a uma taxa de 2, 900 massas solares por ano. Ele também contém cerca de 270 bilhões de vezes a massa de nosso Sol em gás e quase 3 bilhões de vezes a massa de nosso Sol em poeira. "É uma quantidade enorme de poeira, considerando a pouca idade do sistema, "observou Justin Spilker, recém-formado pela Universidade do Arizona e agora pós-doutorado na Universidade do Texas em Austin.

p Os astrônomos determinaram que a rápida formação de estrelas desta galáxia foi provavelmente desencadeada por um encontro próximo com sua companheira ligeiramente menor, que já hospeda cerca de 35 bilhões de massas solares de estrelas e está aumentando sua taxa de explosão estelar a um ritmo alucinante de 540 massas solares por ano.

p Os pesquisadores observam que as galáxias desta era são "mais confusas" do que as que vemos no universo próximo. Suas formas mais confusas seriam devido aos vastos estoques de gás chovendo sobre eles e suas contínuas interações e fusões com seus vizinhos.

p As novas observações também permitiram aos pesquisadores inferir a presença de um halo de matéria escura verdadeiramente massivo em torno de ambas as galáxias. A matéria escura fornece a atração da gravidade que faz com que o universo desmorone em estruturas (galáxias, grupos e aglomerados de galáxias, etc.).

p "Se você quiser ver se uma galáxia faz sentido em nossa compreensão atual da cosmologia, você quer olhar para o halo de matéria escura - a estrutura de matéria escura colapsada - na qual ela reside, "disse Chris Hayward, cientista pesquisador associado do Center for Computational Astrophysics do Flatiron Institute na cidade de Nova York. "Felizmente, sabemos muito bem a relação entre a matéria escura e a matéria normal no universo, para que possamos estimar qual deve ser a massa do halo de matéria escura. "

p Ao comparar seus cálculos com as previsões cosmológicas atuais, os pesquisadores descobriram que esse halo é um dos mais massivos que deveriam existir naquela época.

p "Existem mais galáxias descobertas com o Telescópio do Pólo Sul que estamos acompanhando, "disse Joaquin Vieira, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, "e há muito mais dados de pesquisa que estamos apenas começando a analisar. Nossa esperança é encontrar mais objetos como este, possivelmente ainda mais distantes, para entender melhor esta população de galáxias empoeiradas extremas e especialmente sua relação com a população de galáxias nesta época. "

p "Em todo o caso, nossa próxima rodada de observações do ALMA deve nos ajudar a entender a rapidez com que essas galáxias se juntaram e melhorar nossa compreensão da formação massiva de galáxias durante a reionização, "acrescentou Marrone.