Webb revela que as fusões de galáxias são a solução para o mistério do início do Universo
Uma das principais missões do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA é sondar o Universo primordial. Agora, a resolução e sensibilidade incomparáveis do instrumento NIRCam de Webb revelaram, pela primeira vez, o que existe no ambiente local das galáxias no Universo primitivo.
Galáxia
emissora de Lyman-α EGSY8p7 no campo de pesquisa CEERS (imagem NIRCam) Crédito:
ESA/Webb, NASA e CSA, S. Finkelstein (UT Austin), M. Bagley (UT Austin), R.
Larson (UT Austin), A. Pagan (STScI), C. Witten, M. Zamani (ESA/Webb )
Isto
resolveu um dos mistérios
mais intrigantes da astronomia –
a razão pela qual
os astrónomos
detectam luz proveniente de átomos
de hidrogénio que
deveriam ter sido totalmente bloqueados pelo gás primitivo que se formou após o Big-Bang.
Estas
novas observações do Webb encontraram objetos pequenos e ténues em torno das
próprias galáxias que mostram a emissão “inexplicável” de hidrogénio. Em
conjunto com simulações de última geração de galáxias no Universo primordial,
as observações mostraram que a fusão caótica destas galáxias vizinhas é a fonte
desta emissão de hidrogénio.
A
luz viaja a uma velocidade finita (300 000 quilómetros por segundo), o que
significa que quanto mais longe uma galáxia está, mais tempo a luz demora para
chegar ao nosso Sistema Solar. Como resultado, as observações das galáxias mais
distantes não só sondam os confins do Universo, mas também nos permitem estudar
o Universo como era no passado.
Para
estudar o Universo primitivo, os astrónomos necessitam de telescópios
excepcionalmente poderosos, capazes de observar galáxias muito distantes — e,
portanto, muito ténues. Uma das principais capacidades do Webb é a sua
capacidade de observar essas galáxias muito distantes e, portanto, de sondar a
história inicial do Universo. Uma equipe internacional de astrônomos fez
excelente uso da incrível capacidade de Webb na resolução de um mistério de
longa data na astronomia.
As
primeiras galáxias eram locais de formação estelar vigorosa e ativa e, como
tal, eram fontes ricas de um tipo de luz emitida por átomos de hidrogénio
chamada emissão Lyman-α. No entanto, durante a época da reionização, uma imensa
quantidade de gás hidrogénio neutro rodeou estas áreas de formação estelar
activa (também conhecidas como berçários estelares).
Além
disso, o espaço entre as galáxias foi preenchido por mais deste gás neutro do
que é o caso hoje. O gás pode absorver e dispersar de forma muito eficaz este
tipo de emissão de hidrogénio, pelo que os astrónomos previram há muito tempo
que a abundante emissão de Lyman-α libertada no Universo primitivo não deveria
ser observável hoje. No entanto, esta teoria nem sempre resistiu a um exame
minucioso, uma vez que exemplos de emissões muito precoces de hidrogénio foram
previamente observados por astrónomos.
Isto
apresentou um mistério: como é que esta emissão de hidrogénio – que há muito
deveria ter sido absorvida ou espalhada – está a ser observada? O pesquisador
da Universidade de Cambridge e investigador principal do novo estudo, Callum
Witten, elabora:
“Uma
das questões mais intrigantes que as observações anteriores apresentaram foi a
detecção de luz proveniente de átomos de hidrogénio no Universo primitivo, que
deveria ter sido totalmente bloqueada pelo gás neutro primitivo que se formou
após o Big-Bang. Muitas hipóteses foram sugeridas anteriormente para explicar a
grande fuga desta emissão ‘inexplicável’.”
O
avanço da equipe veio graças à extraordinária combinação de resolução angular e
sensibilidade de Webb. As observações com o instrumento NIRCam de Webb foram
capazes de resolver galáxias menores e mais fracas que circundam as galáxias
brilhantes nas quais a “inexplicável” emissão de hidrogênio foi detectada. Por
outras palavras, os arredores destas galáxias parecem ser um local muito mais
movimentado do que pensávamos anteriormente, cheio de galáxias pequenas e
ténues.
Crucialmente,
estas galáxias mais pequenas estavam a interagir e a fundir-se umas com as
outras, e Webb revelou que as fusões de galáxias desempenham um papel
importante na explicação da emissão misteriosa das primeiras galáxias. Sergio
Martin-Alvarez, membro da equipe da Universidade de Stanford, acrescenta:
“Onde
o Hubble estava a ver apenas uma grande galáxia, Webb vê um aglomerado de
galáxias mais pequenas em interação, e esta revelação teve um enorme impacto na
nossa compreensão da emissão inesperada de hidrogénio de algumas das primeiras
galáxias.”
A
equipe então usou simulações computacionais de última geração para explorar os
processos físicos que poderiam explicar seus resultados. Eles descobriram que o
rápido aumento de massa estelar através de fusões de galáxias levou a uma forte
emissão de hidrogénio e facilitou a fuga dessa radiação através de canais
livres do abundante gás neutro. Assim, a elevada taxa de fusão das galáxias
mais pequenas, anteriormente não observadas, apresentou uma solução convincente
para o enigma de longa data da “inexplicável” emissão inicial de hidrogénio.
A
equipa está a planear observações de acompanhamento com galáxias em vários
estágios de fusão, a fim de continuar a desenvolver a sua compreensão de como a
emissão de hidrogénio é ejetada destes sistemas em mudança. Em última análise,
isto permitir-lhes-á melhorar a nossa compreensão da evolução das galáxias.
Essas
descobertas foram publicadas hoje na Nature Astronomy .
Fonte: Esawebb.org
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