A maior galáxia conhecida do início do Universo
Os astrônomos estão passando por um período extremamente produtivo em suas descobertas, explorando os muitos mistérios do Universo primitivo.
A imagem à esquerda mostra um núcleo duplo na região central, enquanto a imagem à direita destaca os contornos do perfil de luz, revelando uma estrutura alongada resultante da fusão de duas galáxias.
O lançamento bem-sucedido do telescópio espacial James Webb ampliou os limites do que podemos observar. As novas observações estão agora chegando aos primeiros 500 milhões de anos após o Big Bang, quando o Universo tinha menos de cinco por cento da sua idade atual.
No entanto, as galáxias observadas não são necessariamente jovens, com novas descobertas revelando galáxias mais massivas e maduras do que o anteriormente esperado para esses tempos tão remotos, ajudando a redefinir nossa compreensão sobre a formação e evolução das galáxias.
Pesquisadores, incluindo astrônomos da Universidade de Melbourne, realizaram recentemente observações detalhadas e sem precedentes de uma das galáxias mais antigas conhecidas, chamada Gz9p3. Seu nome vem da colaboração GLASS e do fato de a galáxia estar a um desvio para o vermelho de z=9,3, sendo o desvio para o vermelho uma maneira de descrever a distância até um objeto.
Há apenas alguns anos, a Gz9p3 aparecia como um único ponto de luz através do telescópio espacial Hubble. No entanto, com o uso do telescópio espacial James Webb (JWST), podemos observar este objeto como ele era 510 milhões de anos após o Big Bang, há cerca de 13 bilhões de anos.
Os astrônomos descobriram que a Gz9p3 é muito mais massiva e madura do que o esperado para um universo tão jovem, contendo já vários bilhões de estrelas. Sendo o objeto mais massivo confirmado dessa época, estima-se que seja 10 vezes mais massiva do que qualquer outra galáxia encontrada tão cedo no Universo. Esses resultados sugerem que, para atingir essa dimensão, as estrelas da galáxia devem ter se desenvolvido muito mais rápido e eficientemente do que se pensava. Além de sua massa, a forma complexa da Gz9p3 a identifica como uma das mais antigas fusões de galáxias já observadas.
A imagem da galáxia obtida pelo JWST mostra uma morfologia típica de duas galáxias em interação. A fusão ainda não terminou, pois ainda podemos ver dois componentes distintos. Quando dois objetos massivos se fundem dessa forma, parte de sua matéria é ejetada no processo. Essa matéria descartada sugere que estamos observando uma das fusões mais distantes já vistas.
O estudo também se aprofundou na descrição da população de estrelas que compõem as galáxias em fusão. Utilizando o JWST, foi possível examinar o espectro da galáxia, dividindo a luz da mesma maneira que um prisma divide a luz branca em um arco-íris. A maioria dos estudos desses objetos muito distantes, utilizando apenas imagens, mostra principalmente estrelas muito jovens, pois elas são mais brilhantes e, portanto, sua luz domina os dados de imagem. Por exemplo, uma população jovem e brilhante, surgida da fusão de galáxias com menos de alguns milhões de anos, ofusca uma população mais velha, com mais de 100 milhões de anos.
Utilizando a técnica de espectroscopia, os cientistas conseguem produzir observações tão detalhadas que é possível distinguir duas populações de estrelas. A presença de uma população tão madura não era esperada, considerando o quão cedo essas estrelas teriam se formado para terem envelhecido tanto nesse momento cósmico. A espectroscopia é tão precisa que permite identificar características sutis das estrelas antigas, mostrando que há mais do que se pensava.
Elementos específicos detectados no espectro, como silício, carbono e ferro, indicam que essa população mais antiga deve existir para enriquecer a galáxia com uma abundância de elementos químicos. Não é apenas o tamanho das galáxias que surpreende, mas também a velocidade com que cresceram até um estado quimicamente maduro. Essas observações fornecem evidências de uma rápida e eficiente formação de estrelas e metais logo após o Big Bang, associada a fusões galácticas em curso, demonstrando que galáxias massivas com vários bilhões de estrelas existiram mais cedo do que o esperado.
Galáxias isoladas constroem sua população estelar a partir de seus próprios reservatórios de gás, mas esse processo pode ser lento. Interações entre galáxias podem atrair novos fluxos de gás, fornecendo combustível para rápida formação estelar, enquanto as fusões proporcionam um meio ainda mais acelerado de crescimento e acumulação de massa. As maiores galáxias do nosso Universo moderno, incluindo a Via Láctea, alcançaram seu tamanho atual através de sucessivas fusões com galáxias menores.
As observações de Gz9p3 mostram que as galáxias podiam acumular massa rapidamente no universo primitivo através de fusões, com taxas de formação estelar superiores às esperadas. As observações de Gz9p3 pelo JWST, assim como de outras galáxias, estão levando os astrofísicos a ajustar seus modelos dos primeiros anos do Universo. A cosmologia em si não está necessariamente errada, mas a compreensão da rapidez com que as galáxias se formaram provavelmente está, pois elas são mais massivas do que se acreditava possível.
Esses novos resultados surgem num momento oportuno, quando estamos nos aproximando da marca de dois anos de observações científicas realizadas com o JWST. À medida que o número de galáxias observadas aumenta, os astrônomos que estudam o Universo primitivo estão passando da fase de descobertas para um período em que dispõem de amostras suficientemente grandes para começar a construir e aperfeiçoar novos modelos. Nunca houve um momento tão emocionante para entender os mistérios do Universo primitivo.
Fonte: Artigo publicado na revista Nature Astronomy e University of Melbourne
