As galáxias gigantescas que vemos no universo hoje, incluindo a nossa própria galáxia, a Via Láctea, começaram muito menores. As fusões ao longo dos 13,7 mil milhões de anos do Universo formaram gradualmente as enormes galáxias de hoje. Mas podem ter começado como meros aglomerados de estrelas.



Num esforço para compreender as primeiras galáxias, o JWST examinou a sua antiga luz em busca de pistas sobre como se tornaram tão massivas.

O JWST pode efetivamente retroceder no tempo, até quando o universo tinha apenas cerca de 5% da idade que tem agora. Naquele passado distante, as estruturas que eventualmente se tornariam tão massivas quanto a Via Láctea, e ainda maiores, tinham apenas cerca de 1/10.000 da massa que têm agora. Que pistas o poderoso telescópio espacial infravermelho pode descobrir que nos mostram como as galáxias cresceram tanto?

Um novo artigo apresenta observações do JWST de uma galáxia com desvio para o vermelho z ~ 8,3. Nesse desvio para o vermelho, a luz viaja há mais de 13 mil milhões de anos e começou a sua viagem apenas 600 milhões de anos após o Big Bang. A galáxia, chamada Firefly Sparkle, contém uma rede de aglomerados estelares massivos que são evidências de como as galáxias crescem.

O artigo é "The Firefly Sparkle:Os primeiros estágios da montagem de uma galáxia do tipo Via Láctea em um universo antigo de 600 milhões de anos". O autor principal é Lamiya Mowla, astrônomo observacional e professor assistente de Física e Astronomia no Wellesley College. O artigo está em pré-impressão no arXiv e ainda não foi revisado por pares.

Apesar do poder do JWST, esta galáxia antiga e distante só é visível através das lentes gravitacionais de um enorme aglomerado de galáxias em primeiro plano. A lente faz o Firefly Sparkle parecer um arco. Duas outras galáxias também estão nas proximidades, chamadas Firefly BF (Melhor Amigo) e Firefly NBF (Novo Melhor Amigo).

“O Firefly Sparkle exibe as características esperadas de uma futura galáxia do tipo da Via Láctea, capturada durante o seu estágio de formação mais antigo e mais rico em gás”, escrevem os autores. A massa da jovem galáxia está concentrada em 10 aglomerados, que variam de cerca de 200.000 massas solares a 630.000 massas solares. Segundo os autores, esses aglomerados “abrangem a fronteira entre galáxias de baixa massa e aglomerados globulares de alta massa”.

Esses aglomerados são significativos porque são pistas de como a galáxia está crescendo. Os investigadores conseguiram avaliar as idades dos aglomerados e as suas histórias de formação estelar. Eles descobriram que experimentaram uma explosão de formação estelar mais ou menos na mesma época. "As idades dos aglomerados sugerem que eles estão gravitacionalmente ligados a histórias de formação estelar, mostrando uma explosão estelar recente, possivelmente desencadeada pela interação com uma galáxia companheira no mesmo desvio para o vermelho, a uma distância projetada de ~2 kpc de distância do Firefly Sparkle."

Existem dois candidatos para a galáxia em interação:Firefly Best Friend (BF) e Firefly New Best Friend (NBF). Mas NBF está a cerca de 13 kpcs de distância, enquanto BF está a cerca de dois kpcs de distância, tornando BF o provável interator. “As características tênues de baixo brilho superficial são visíveis nos cantos do arco próximos ao vizinho, sugerindo uma possível interação entre as duas galáxias [FS e BF], que pode ter desencadeado uma explosão de formação de estrelas em ambas”, explicam. Os pesquisadores.

Os pesquisadores prestaram atenção especial ao cluster central. Eles descobriram que a temperatura é extremamente alta, cerca de 40.000 Kelvin (40.000°C; 72.000°F). Ele também tem uma função de massa inicial pesada, um sinal de que se formou em um ambiente muito pobre em metais. Estas observações e outras evidências mostram que Firefly Sparkle é muito provavelmente um progenitor de galáxias como a nossa. Por estas razões, “… o Firefly Sparkle fornece um estudo de caso sem precedentes de uma galáxia semelhante à Via Láctea nas fases iniciais da sua montagem num universo com apenas 600 milhões de anos”, escrevem os autores.

Felizmente, os pesquisadores por trás desses resultados têm uma poderosa simulação de supercomputador para comparar as observações. Chama-se Illustris TNG. É uma simulação magnetohidrodinâmica cosmológica massiva baseada em um modelo físico abrangente do universo. O Illustris TNG fez três execuções, chamadas TNG50, TNG 100 e TNG 300. Os pesquisadores compararam seus resultados com o TNG 50.

Encontrar estes aglomerados estelares antigos é intrigante, mas não podemos presumir que sobreviverão intactos. Existem forças de maré e evaporativas em ação. Os autores examinaram a estabilidade dos aglomerados estelares individuais e como eles se comportarão ao longo do tempo.

“Espera-se que a maioria destes enxames estelares sobrevivam até ao universo atual e se expandam e depois sejam dilacerados para formar o disco estelar e o halo da galáxia”, explicam os autores. "A única maneira de sobreviverem é serem expulsos para grandes distâncias, para longe do denso campo de marés da galáxia." Os que forem expulsos podem persistir como aglomerados globulares.

Um dos principais objetivos científicos do JWST é estudar como as galáxias se formaram e evoluíram no universo primitivo. Ao encontrar um onde os aglomerados ainda estão se formando, o telescópio espacial está atingindo seu objetivo.

“O Firefly Sparkle representa uma das primeiras observações espectrofotométricas do JWST de uma galáxia extremamente lente que se forma em altos desvios para o vermelho, com aglomerados que estão em processo de formação, em vez de serem vistos em épocas posteriores”, concluem os autores.

Mais informações: Lamiya Mowla et al, The Firefly Sparkle:The Early Stages of the Assembly of A Milky Way-type Galaxy in a 600 Myr Old Universe, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.08696
Fornecido por Universe Today