Imagens detalhadas mostram que o crescimento da galáxia no início do universo foi muito mais rápido do que se pensava
Imagem infravermelha altamente detalhada do JWST de estrelas em formação ativa. Crédito:NASA, ESA, CSA. Processamento de imagem:Joseph DePasquale (STScI) Os astrónomos estão actualmente a desfrutar de um período frutífero de descobertas, investigando os muitos mistérios do Universo primitivo. O lançamento bem-sucedido do Telescópio Espacial James Webb (JWST), um sucessor do Telescópio Espacial Hubble da NASA, ultrapassou o limite do que podemos ver.
As observações estão agora a entrar nos primeiros 500 milhões de anos após o Big Bang, quando o Universo tinha menos de 5% da sua idade atual. Para os humanos, desta vez colocaria o universo firmemente no estágio infantil.
No entanto, as galáxias que observamos certamente não são infantis, com novas observações revelando galáxias mais massivas e maduras do que anteriormente esperado para tempos tão antigos, ajudando a reescrever a nossa compreensão da formação e evolução das galáxias.
Nossa equipe de pesquisa internacional fez recentemente observações detalhadas sem precedentes de uma das primeiras galáxias conhecidas – apelidada de Gz9p3, e agora publicada na Nature Astronomy. .
Seu nome vem da colaboração Glass (o nome de nossa equipe de pesquisa internacional) e do fato de a galáxia estar em um desvio para o vermelho de z =9,3, onde o desvio para o vermelho é uma forma de descrever a distância até um objeto – daí G e z9p3.
O Telescópio James Webb — o maior e mais poderoso dispositivo deste tipo alguma vez lançado no espaço — utiliza um espelho primário de 6,5 metros, feito de 18 espelhos hexagonais, revestido com um revestimento de ouro para produzir algumas das primeiras imagens do universo . Crédito:NASA
Há apenas alguns anos, Gz9p3 apareceu como um único ponto de luz através do Telescópio Espacial Hubble. Mas usando o Telescópio Espacial James Webb pudemos observar este objeto tal como era 510 milhões de anos após o Big Bang, cerca de 13 mil milhões de anos atrás.
Descobrimos que Gz9p3 era muito mais massivo e maduro do que o esperado para um universo tão jovem, que já contém vários milhares de milhões de estrelas.
De longe o objeto mais massivo confirmado desde então, foi calculado como 10 vezes mais massivo do que qualquer outra galáxia encontrada no início do universo.
Combinados, estes resultados sugerem que para a galáxia atingir este tamanho, as estrelas devem ter-se desenvolvido muito mais rapidamente e de forma mais eficiente do que pensávamos inicialmente.
Gz9p3, a galáxia em fusão mais brilhante conhecida nos primeiros 500 milhões de anos do universo (observada através do JWST) Esquerda:imagens diretas mostram um núcleo duplo na região central. À direita:Os contornos do perfil de luz revelam uma estrutura alongada e irregular produzida pela fusão de galáxias. Crédito:Universidade de Melbourne
A fusão de galáxias mais distantes do universo primitivo
Não só este Gz9p3 é massivo, mas a sua forma complexa identifica-o imediatamente como uma das primeiras fusões de galáxias alguma vez testemunhadas.
A imagem JWST da galáxia mostra uma morfologia tipicamente associada a duas galáxias em interação. E a fusão não terminou porque ainda vemos dois componentes.
Quando dois objetos massivos se unem dessa maneira, eles efetivamente descartam parte da matéria no processo. Portanto, esta matéria descartada sugere que o que observamos é uma das fusões mais distantes já vistas.
Em seguida, o nosso estudo foi mais aprofundado, para descrever a população de estrelas que constituem as galáxias em fusão. Usando o JWST, fomos capazes de examinar o espectro da galáxia, dividindo a luz da mesma forma que um prisma divide a luz branca em um arco-íris.
Ao utilizar apenas imagens, a maioria dos estudos destes objetos muito distantes mostram apenas estrelas muito jovens porque as estrelas mais jovens são mais brilhantes e, portanto, a sua luz domina os dados de imagem.
Por exemplo, uma população jovem e brilhante provocada pela fusão de galáxias, com menos de alguns milhões de anos, ofusca uma população mais velha, já com mais de 100 milhões de anos.
Usando a técnica de espectroscopia, podemos produzir observações tão detalhadas que as duas populações podem ser distinguidas.
As observações fornecem evidências de uma acumulação rápida e eficiente de estrelas e metais logo após o Big Bang. Crédito:NASA
Novos modelos do universo primitivo
Uma população tão madura e idosa não foi prevista, considerando o quão cedo as estrelas teriam que ter se formado para terem envelhecido o suficiente nesta época cósmica. A espectroscopia é tão detalhada que podemos ver as características subtis das estrelas antigas que nos dizem que há mais lá do que pensamos.
Elementos específicos detectados no espectro (incluindo silício, carbono e ferro) revelam que esta população mais velha deve existir para enriquecer a galáxia com uma abundância de produtos químicos.
Não é apenas o tamanho das galáxias que surpreende, mas também a velocidade com que cresceram até atingir um estado quimicamente maduro.
Estas observações fornecem evidências de uma acumulação rápida e eficiente de estrelas e metais logo após o Big Bang, ligada às fusões de galáxias em curso, demonstrando que galáxias massivas com vários milhares de milhões de estrelas existiram antes do esperado.
Galáxias isoladas constroem a sua população de estrelas in situ a partir dos seus reservatórios finitos de gás, no entanto, esta pode ser uma forma lenta de crescimento das galáxias.
As interações entre galáxias podem atrair novos influxos de gás puro, fornecendo combustível para a rápida formação de estrelas, e as fusões proporcionam um canal ainda mais acelerado para a acumulação e crescimento de massa.
Todas as maiores galáxias do nosso universo moderno carregam uma história de fusões, incluindo a nossa Via Láctea, que cresceu até ao seu tamanho atual através de sucessivas fusões com galáxias mais pequenas.
Estas observações de Gz9p3 mostram que as galáxias foram capazes de acumular massa rapidamente no universo primitivo através de fusões, com eficiências de formação estelar superiores às que esperávamos.
Esta e outras observações usando o JWST estão fazendo com que os astrofísicos ajustem a sua modelagem dos primeiros anos do universo.
A nossa cosmologia não está necessariamente errada, mas a nossa compreensão da rapidez com que as galáxias se formaram provavelmente está, porque são mais massivas do que alguma vez acreditámos que seria possível.
Estes novos resultados são oportunos à medida que nos aproximamos da marca de dois anos para observações científicas feitas usando o JWST.
À medida que o número total de galáxias observadas cresce, os astrónomos que estudam o Universo primitivo estão a transitar da fase de descoberta para um período em que temos amostras suficientemente grandes para começar a construir e refinar novos modelos.
Nunca houve um momento mais emocionante para compreender os mistérios do universo primitivo.
