À medida que os telescópios se tornaram mais avançados e poderosos, os astrônomos foram capazes de detectar galáxias cada vez mais distantes. Estas são algumas das primeiras galáxias a se formar em nosso universo que começaram a se afastar de nós à medida que o universo se expandia. De fato, quanto maior a distância, mais rápido uma galáxia parece se afastar de nós. Curiosamente, podemos estimar o quão rápido uma galáxia está se movendo e, por sua vez, quando ela foi formada com base em quão "desviada para o vermelho" sua emissão aparece. Isso é semelhante a um fenômeno chamado efeito Doppler, onde objetos que se afastam de um observador emitem a luz que parece deslocada para comprimentos de onda mais longos (daí o termo "desvio para o vermelho") para o observador.
O telescópio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), localizado no meio do deserto de Atacama, no Chile, é particularmente adequado para observar esses desvios para o vermelho nas emissões de galáxias. Recentemente, uma equipe de pesquisadores internacionais, incluindo o professor Akio Inoue e o estudante de pós-graduação Tsuyoshi Tokuoka da Universidade Waseda, no Japão; Dr. Takuya Hashimoto da Universidade de Tsukuba, Japão; Professor Richard S. Ellis da University College London; e o Dr. Nicolas Laporte, pesquisador da Universidade de Cambridge, Reino Unido, observou emissões desviadas para o vermelho de uma galáxia distante, MACS1149-JD1 (doravante JD1), o que os levou a algumas conclusões interessantes. “Além de encontrar um desvio para o vermelho elevado, nomeadamente galáxias muito distantes, estudar o seu movimento interno de gás e estrelas fornece motivação para compreender o processo de formação de galáxias no universo mais antigo possível,” explica Ellis. As descobertas de seu estudo foram publicadas no The Astrophysical Journal Letters .

A formação de galáxias começa com o acúmulo de gás e prossegue com a formação de estrelas a partir desse gás. Com o tempo, a formação estelar progride do centro para fora, desenvolve-se um disco galáctico e a galáxia adquire uma forma particular. À medida que a formação de estrelas continua, as estrelas mais novas se formam no disco giratório, enquanto as estrelas mais velhas permanecem na parte central. Ao estudar a idade dos objetos estelares e o movimento das estrelas e do gás na galáxia, é possível determinar o estágio de evolução que a galáxia atingiu.

Conduzindo uma série de observações durante um período de dois meses, os astrônomos mediram com sucesso pequenas diferenças no "desvio para o vermelho" de uma posição para outra dentro da galáxia e descobriram que JD1 satisfez o critério para uma galáxia dominada pela rotação. Em seguida, eles modelaram a galáxia como um disco giratório e descobriram que ela reproduzia muito bem as observações. A velocidade de rotação calculada foi de cerca de 50 quilômetros por segundo, que foi comparada à velocidade de rotação do disco da Via Láctea de 220 quilômetros por segundo. A equipe também mediu o diâmetro de JD1 em apenas 3.000 anos-luz, muito menor que o da Via Láctea, com 100.000 anos-luz de diâmetro.

O significado de seu resultado é que JD1 é de longe a mais distante e, portanto, a fonte mais antiga já encontrada que possui um disco giratório de gás e estrelas. Juntamente com medições semelhantes de sistemas mais próximos na literatura de pesquisa, isso permitiu que a equipe delineasse o desenvolvimento gradual de galáxias rotativas em mais de 95% de nossa história cósmica.

Além disso, a massa estimada a partir da velocidade de rotação da galáxia estava alinhada com a massa estelar anteriormente estimada a partir da assinatura espectral da galáxia e veio predominantemente daquela de estrelas "maduras" que se formaram cerca de 300 milhões de anos atrás. "Isso mostra que a população estelar em JD1 se formou em uma época ainda anterior da era cósmica", diz Hashimoto.

“A velocidade de rotação de JD1 é muito mais lenta do que as encontradas em galáxias em épocas posteriores e na nossa galáxia, e é provável que JD1 esteja em um estágio inicial de desenvolvimento de um movimento rotacional”, diz Inoue. Com o recém-lançado Telescópio Espacial James Webb, os astrônomos agora planejam identificar as localizações de estrelas jovens e mais velhas na galáxia para verificar e atualizar seu cenário de formação de galáxias.

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