Desde que o Telescópio Espacial James Webb (JWST) capturou o seu primeiro vislumbre do Universo primitivo, os astrónomos têm sido surpreendidos pela presença do que parecem ser galáxias mais "ultramassivas" do que o esperado. Com base no modelo cosmológico mais amplamente aceite, eles não deveriam ter sido capazes de evoluir até muito mais tarde na história do universo, estimulando alegações de que o modelo precisa de ser mudado.



Isso derrubaria décadas de ciência estabelecida.

"O desenvolvimento dos objetos no universo é hierárquico. Você começa pequeno e fica cada vez maior", disse Julian Muñoz, professor assistente de astronomia na Universidade do Texas em Austin e coautor de um artigo recente publicado na Cartas de revisão física que testa mudanças no modelo cosmológico. O estudo conclui que não é necessária a revisão do modelo cosmológico padrão. No entanto, os astrónomos poderão ter de rever o que entendem sobre como as primeiras galáxias se formaram e evoluíram.

A cosmologia estuda a origem, evolução e estrutura do nosso universo, desde o Big Bang até os dias atuais. O modelo de cosmologia mais amplamente aceito é chamado de modelo Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM) ou "modelo cosmológico padrão". Embora o modelo seja muito bem informado, muito sobre o Universo primitivo permaneceu teórico porque os astrónomos não conseguiram observá-lo completamente, se é que o conseguiram.

Lançado em 1990, o Telescópio Espacial Hubble foi fundamental no desenvolvimento e refinamento do modelo cosmológico padrão. Ele observa o universo em comprimentos de onda de luz ultravioleta, visível e alguns comprimentos de onda do infravermelho próximo. No entanto, isso torna melhor ver algumas coisas do que outras. Por exemplo, o Hubble está bem equipado para observar galáxias mais pequenas que muitas vezes contêm maiores populações de estrelas jovens emissoras de ultravioleta e menos poeira que tende a absorver comprimentos de onda mais curtos.

Lançado no final de 2021, o JWST fornece um complemento importante às capacidades do Hubble. Ao observar nos comprimentos de onda do infravermelho próximo e médio, o JWST pode detectar objetos que são invisíveis para o Hubble.

“Estamos abrindo uma janela para o desconhecido”, disse Muñoz. “Agora podemos testar as nossas teorias sobre o universo onde não conseguimos antes.”

Pouco depois do Big Bang, as coisas não eram perfeitamente uniformes. Pequenas variações na densidade tiveram um impacto importante na estrutura e evolução futuras do universo. Regiões com maior densidade atraíram mais matéria devido à gravidade, levando eventualmente à formação de estruturas cada vez maiores.

Para se tornarem tão grandes tão rapidamente, as galáxias ultramassivas observadas pelo JWST só seriam, em teoria, possíveis se mais destas regiões de maior densidade se tivessem desenvolvido logo após o Big Bang. Isto exigiria a mudança do modelo cosmológico padrão.

Muñoz e sua equipe testaram esta hipótese.

Eles escolheram um intervalo de tempo cósmico para o qual as observações do JWST e do Hubble estão disponíveis. Dentro desta faixa, eles identificaram as galáxias mais massivas disponíveis nos dados do JWST e calcularam a quantidade de mudança na densidade inicial do universo que seria necessária para que elas se formassem.

Eles também calcularam quantas galáxias menores resultariam desta mudança hipotética. Estas galáxias adicionais menores teriam sido observadas pelo Hubble.

“Mas não é isso que vemos”, explicou Muñoz. "Não é possível mudar a cosmologia o suficiente para explicar este problema de abundância, dado que as observações do Hubble também seriam afetadas."

Então, por que o JWST está encontrando tantas galáxias ultramassivas? Uma possibilidade é que contenham buracos negros supermassivos. Esses buracos negros aqueceriam o gás próximo, fazendo com que as galáxias parecessem mais brilhantes e, portanto, mais massivas do que realmente são. Ou as galáxias podem não estar realmente no universo primitivo, mas parecem estar porque a poeira está fazendo com que sua cor pareça mais vermelha do que seria de outra forma. Esta mudança faria com que as galáxias parecessem mais distantes do que realmente estão.

Além de Muñoz, os autores do estudo são Nashwan Sabti e Marc Kamionkowski, da Universidade Johns Hopkins.

Mais informações: Nashwan Sabti et al, Insights do HST sobre galáxias ultramassivas e cosmologia do universo inicial, Cartas de revisão física (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.061002. No arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2305.07049
Informações do diário: Cartas de revisão física , arXiv

Fornecido pela Universidade do Texas em Austin