Cerca de 400 mil anos após o Big Bang, o cosmos era um lugar muito escuro. O brilho do nascimento explosivo do universo esfriou e o espaço ficou cheio de gás denso – principalmente hidrogênio – sem fontes de luz.



Lentamente, ao longo de centenas de milhões de anos, o gás foi formado em aglomerados pela gravidade e, eventualmente, os aglomerados cresceram o suficiente para se inflamarem. Estas foram as primeiras estrelas.

No início, a luz deles não viajava muito, pois grande parte dela era absorvida por uma névoa de gás hidrogênio. No entanto, à medida que mais e mais estrelas se formavam, produziam luz suficiente para dissipar o nevoeiro, "reionizando" o gás - criando o universo transparente pontilhado de pontos de luz brilhantes que vemos hoje.

Mas exatamente quais estrelas produziram a luz que encerrou a Idade das Trevas e desencadeou a chamada “época de reionização”? Numa investigação publicada na Nature, utilizámos um gigantesco aglomerado de galáxias como lupa para observar relíquias ténues desta época – e descobrimos que as estrelas em galáxias anãs pequenas e ténues foram provavelmente responsáveis ​​por esta transformação à escala cósmica.

O que acabou com a Idade das Trevas?

A maioria dos astrónomos já concordava que as galáxias eram a principal força na reionização do Universo, mas não estava claro como o fizeram. Sabemos que as estrelas nas galáxias deveriam produzir muitos fótons ionizantes, mas esses fótons precisam escapar da poeira e do gás dentro de sua própria galáxia para ionizar o hidrogênio no espaço entre as galáxias.

Não está claro que tipo de galáxia seria capaz de produzir e emitir fótons suficientes para realizar o trabalho. (E, de facto, há quem pense que objectos mais exóticos, como grandes buracos negros, podem ter sido os responsáveis.)

Existem dois campos entre os adeptos da teoria das galáxias.

A primeira pensa que galáxias enormes produziram os fótons ionizantes. Não havia muitas dessas galáxias no universo primitivo, mas cada uma produzia muita luz. Portanto, se uma certa fração dessa luz conseguisse escapar, poderia ter sido suficiente para reionizar o universo.

O segundo lado pensa que é melhor ignorarmos as galáxias gigantes e concentrarmo-nos no enorme número de galáxias muito mais pequenas no Universo primitivo. Cada um deles teria produzido muito menos luz ionizante, mas com o peso do seu número, poderiam ter impulsionado a época da reionização.

Uma lupa com 4 milhões de anos-luz de largura

Tentar observar qualquer coisa no universo primitivo é muito difícil. As galáxias massivas são raras, por isso são difíceis de encontrar. Galáxias menores são mais comuns, mas são muito fracas, o que torna difícil (e caro) a obtenção de dados de alta qualidade.

Queríamos dar uma olhada em algumas das galáxias mais tênues ao redor, então usamos um enorme grupo de galáxias chamado Aglomerado de Pandora como lupa. A enorme massa do aglomerado distorce o espaço e o tempo, amplificando a luz dos objetos atrás dele.

Como parte do programa UNCOVER, utilizámos o Telescópio Espacial James Webb para observar imagens infravermelhas ampliadas de galáxias ténues atrás do Aglomerado de Pandora.

Primeiro observámos muitas galáxias diferentes e depois escolhemos algumas particularmente distantes (e, portanto, antigas) para examinar mais de perto. (Este tipo de exame minucioso é caro, por isso só poderíamos observar oito galáxias com maior detalhe.)

O brilho intenso do hidrogênio

Selecionamos algumas fontes que tinham cerca de 0,5% do brilho da nossa galáxia, a Via Láctea, naquela época, e as verificamos em busca do brilho revelador do hidrogênio ionizado. Estas galáxias são tão ténues que só eram visíveis graças ao efeito de ampliação do Aglomerado de Pandora.

As nossas observações confirmaram que estas pequenas galáxias existiram no Universo primitivo. Além do mais, confirmamos que eles produziam cerca de quatro vezes mais luz ionizante do que consideraríamos “normal”. Isto está no limite máximo do que havíamos previsto, com base na nossa compreensão de como as primeiras estrelas se formaram.

Como essas galáxias produziam tanta luz ionizante, apenas uma pequena fração dela teria precisado escapar para reionizar o universo.

Anteriormente, pensávamos que cerca de 20% de todos os fotões ionizantes precisariam de escapar destas galáxias mais pequenas se estas fossem o contribuinte dominante para a reionização. Nossos novos dados sugerem que até 5% seriam suficientes – que é aproximadamente a fração de fótons ionizantes que vemos escapando das galáxias modernas.

Portanto, agora podemos dizer com segurança que estas galáxias mais pequenas poderiam ter desempenhado um papel muito importante na época da reionização. No entanto, o nosso estudo baseou-se apenas em oito galáxias, todas próximas de uma única linha de visão. Para confirmar nossos resultados, precisaremos observar diferentes partes do céu.

Temos novas observações planejadas que terão como alvo outros grandes aglomerados de galáxias em outras partes do universo para encontrar galáxias ainda mais ampliadas e fracas para testar. Se tudo correr bem, teremos algumas respostas dentro de alguns anos.

Fornecido por The Conversation

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.