Galáxias primordiais: A surpreendente descoberta do JWST desafia a cosmologia

Os astrofísicos podem ter encontrado uma explicação para a descoberta feita pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) em relação a um conjunto de enigmáticas galáxias primordiais que desafiam a cosmologia convencional.

Esta ilustração mostra uma galáxia confusa e caótica passando por explosões de formação estelar. (Crédito da imagem: ESA, NASA, L. Calçada) 

O JWST observou essas galáxias se formando aproximadamente 500 milhões de anos após o Big Bang, e sua luminosidade era tão extraordinária que desafiava as expectativas teóricas. De acordo com a compreensão convencional, tais níveis de brilho só deveriam estar associados a galáxias massivas, contendo tantas estrelas quanto a Via Láctea. No entanto, essas galáxias primordiais se formaram em um período notavelmente curto em comparação com a formação de nossa própria galáxia.

Essa descoberta levantou questões sobre nossa compreensão da formação de galáxias e do modelo cosmológico padrão. No entanto, uma equipe de pesquisadores propôs uma explicação alternativa por meio de simulações em supercomputador. Eles sugerem que essas galáxias podem não ser tão massivas quanto se pensava anteriormente; em vez disso, elas poderiam ser excepcionalmente luminosas. Essas descobertas foram publicadas em 3 de outubro no Astrophysical Journal Letters. 

Claude-André Faucher-Giguère, autor sênior do estudo e astrofísico da Universidade Northwestern, destacou que as galáxias geralmente parecem brilhantes devido ao seu tamanho. No entanto, porque essas galáxias surgiram durante o alvorecer cósmico, não houve tempo suficiente desde o Big Bang para que elas acumulassem massa a uma taxa tão rápida. Suas simulações indicam que essas galáxias poderiam alcançar seu brilho durante o alvorecer cósmico.

O cronograma exato de quando os primeiros aglomerados de estrelas se fundiram para formar galáxias, como as conhecemos hoje, permanece incerto. Cosmologistas estimaram anteriormente que esse processo começou a evoluir dentro de alguns cem milhões de anos após o Big Bang. As teorias existentes sugerem que essas protogaláxias primordiais amadureceram de 1 a 2 bilhões de anos após o início do universo, transformando-se em galáxias anãs que se fundiram e evoluíram para galáxias semelhantes à nossa. 

A descoberta pelo JWST de milhares de galáxias primordiais excepcionalmente luminosas, algumas semelhantes à nossa Via Láctea, foi uma surpresa profunda para os astrônomos. Ela desafiou sua compreensão fundamental de como o universo se desenvolveu. Se essas galáxias fossem semelhantes à nossa, teriam precisado crescer a tamanhos enormes em uma fração do tempo esperado para emitir tanta luz intensa.

Para investigar a fonte dessa luminosidade extraordinária, os pesquisadores criaram um modelo de formação de galáxias e o submeteram a simulações em supercomputador. Essas simulações replicaram a transformação do gás primordial do universo em estrelas, que por sua vez se agruparam em galáxias. 

Ao contabilizar cuidadosamente a massa, energia, momento e composição química do universo primordial, os pesquisadores descobriram que as estrelas nesse período poderiam ter se formado em explosões rápidas e intermitentes após períodos de dormência. Esse fenômeno, conhecido como “formação de estrelas explosiva”, contrasta com a taxa constante de nascimento de estrelas observada no universo atual e pode explicar a luminosidade extraordinária do universo primordial. 

No início do universo, as estrelas se formavam atraindo gás em sua direção e depois o expelindo durante explosões estelares, como as supernovas. Esse ciclo rítmico de entrada e saída de gás permitiu que as estrelas se desenvolvessem rapidamente e emitissem luz intensa após períodos de dormência. À medida que o universo envelheceu e as galáxias cresceram, suas forças gravitacionais tornaram-se tão intensas que o gás não podia mais ser expelido durante as supernovas, resultando em um ritmo mais lento de formação de estrelas.

Se a hipótese da formação explosiva de estrelas estiver correta, as galáxias detectadas pelo JWST são excepcionalmente luminosas porque estamos testemunhando a formação de suas estrelas em explosões repentinas, não porque elas contenham tantas estrelas quanto as galáxias contemporâneas. 

Claude-André Faucher-Giguère explicou: “A maioria da luz em uma galáxia vem de suas estrelas mais massivas, que queimam combustível a uma taxa mais alta e têm uma vida mais curta. Elas consomem rapidamente seu combustível nuclear. Portanto, o brilho de uma galáxia está mais diretamente relacionado ao número de estrelas formadas recentemente, nos últimos milhões de anos, do que à massa total da galáxia.”

Embora as simulações realizadas pelos astrofísicos possam confirmar a compreensão padrão do universo, os astrônomos precisarão coletar dados mais precisos sobre essas enigmáticas galáxias do alvorecer cósmico para confirmar essas descobertas.

Fonte: hypescience.com