Outrora apenas um ponto de luz, foi agora revelada como a maior galáxia conhecida no início do Universo

 Os astrónomos estão atualmente a desfrutar de um período frutífero de descobertas, investigando os muitos mistérios do Universo primitivo. O lançamento bem-sucedido do Telescópio Espacial James Webb (JWST), um sucessor do Telescópio Espacial Hubble da NASA, alargou os limites do que podemos ver.

Gz9p3, a fusão galáctica mais brilhante conhecida nos primeiros 500 milhões de anos do Universo (observada pelo JWST). Esquerda: a imagem direta mostra um núcleo duplo na região central. À direita: os contornos do perfil de luz revelam uma estrutura alongada produzida pela fusão das duas galáxias. Crédito: NASA, ESA, CSA; Boyett et al., 2024

As observações estão agora a entrar nos primeiros 500 milhões de anos após o Big Bang, quando o Universo tinha menos de cinco por cento da sua idade atual. Para os humanos, este tempo colocaria o Universo na fase de bebé. No entanto, as galáxias que estão a observar não são certamente infantis, com novas observações que revelam galáxias mais massivas e maduras do que o anteriormente esperado para tempos tão precoces, ajudando a reescrever a compreensão da formação e evolução galáctica. 

Uma equipa internacional de investigação, da qual fazem parte astrónomos da Universidade de Melbourne, fez recentemente observações detalhadas e sem precedentes de uma das mais antigas galáxias conhecidas - designada Gz9p3, agora publicadas na revista Nature Astronomy. O seu nome deriva da colaboração GLASS (o nome da equipa internacional de investigação) e do facto de a galáxia se encontrar a um desvio para o vermelho de z=9,3, sendo o desvio para o vermelho uma forma de descrever a distância a um objeto - daí G e z9p3. 

Há apenas alguns anos, Gz9p3 aparecia como um único ponto de luz através do Telescópio Espacial Hubble. Mas, utilizando o Telescópio Espacial James Webb, podemos observar este objeto tal como era 510 milhões de anos após o Big Bang, há cerca de 13 mil milhões de anos. Os astrónomos descobriram que Gz9p3 era muito mais massiva e madura do que o esperado para um Universo tão jovem, contendo já vários milhares de milhões de estrelas. De longe o objeto mais massivo confirmado desta época, calculou-se que é 10 vezes mais massiva do que qualquer outra galáxia encontrada tão cedo no Universo. 

Combinados, estes resultados sugerem que, para a galáxia atingir esta dimensão, as estrelas devem ter-se desenvolvido muito mais depressa e eficazmente do que se pensava. 

A fusão de galáxias mais distante no Universo primitivo 

Não só é Gz9p3 massiva, como a sua forma complexa a identifica imediatamente como uma das mais antigas fusões galácticas alguma vez observadas. A imagem da galáxia obtida pelo JWST mostra uma morfologia tipicamente associada a duas galáxias em interação. E a fusão também não terminou porque ainda vemos dois componentes. Quando dois objetos massivos se juntam desta forma, deitam fora alguma da sua matéria no processo. Assim, esta matéria descartada sugere que o que observaram é uma das fusões mais distantes jamais vistas. 

De seguida, o seu estudo observou mais profundamente, para descrever a população de estrelas que compõe as galáxias em fusão. Usando o JWST, puderam examinar o espetro da galáxia, dividindo a luz da mesma forma que um prisma divide a luz branca num arco-íris. 

Quando se utiliza apenas imagens, a maioria dos estudos destes objetos muito distantes mostra apenas estrelas muito jovens, porque as estrelas mais jovens são mais brilhantes e, por isso, a sua luz domina os dados de imagem. Por exemplo, uma população jovem e brilhante, que surgiu 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 espetroscopia, os cientistas podem produzir observações tão pormenorizadas que as duas populações podem ser distinguidas. 

Novos modelos do Universo primitivo 

Não se previa uma população tão madura, tendo em conta o quão cedo as estrelas se teriam formado para terem envelhecido o suficiente nesta altura cósmica. A espetroscopia é tão detalhada que podemos ver as características subtis das estrelas antigas que nos dizem que há mais do que se pensa. Elementos específicos detetados no espetro (incluindo silício, carbono e ferro) revelam que esta população mais velha deve existir para enriquecer a galáxia com uma abundância de elementos químicos. Não é apenas o tamanho das galáxias que é surpreendente, mas também a velocidade com que cresceram até um estado quimicamente maduro. 

Estas observações fornecem evidências de uma acumulação rápida e eficiente de estrelas e metais no período imediatamente a seguir ao Big Bang, associada a fusões de galáxias em curso, demonstrando que galáxias massivas com vários milhares de milhões de estrelas existiram mais cedo do que o esperado. 

As galáxias isoladas constroem a sua população estelar "in situ" a partir dos seus reservatórios finitos de gás. No entanto, esta pode ser uma forma lenta das galáxias crescerem. As interações entre galáxias podem atrair novos fluxos de gás puro, fornecendo combustível para a rápida formação estelar, e as fusões proporcionam um canal ainda mais acelerado para a acumulação e crescimento de massa. As maiores galáxias do nosso Universo moderno têm todas um historial de fusões, incluindo a nossa Via Láctea, que atingiu o seu tamanho atual através de sucessivas fusões com galáxias mais pequenas. 

Estas observações de Gz9p3 mostram que as galáxias foram capazes de acumular massa rapidamente no Universo primitivo através de fusões, com taxas de formação estelar superiores às esperadas. As observações de Gz9p3 pelo JWST, e também de outras galáxias, estão a levar os astrofísicos a ajustar os seus modelos dos primeiros anos do Universo. A sua cosmologia não está necessariamente errada, mas a compreensão da rapidez com que as galáxias se formaram provavelmente está, porque são mais massivas do que alguma vez pensaram ser possível. 

Estes novos resultados chegam num momento oportuno, quando nos aproximamos da marca dos dois anos de observações científicas efetuadas com o JWST. À medida que o número total de galáxias observadas aumenta, os astrónomos que estudam o Universo primitivo estão a fazer a transição da fase de descoberta para um período em que dispõem de amostras suficientemente grandes para começar a construir e a aperfeiçoar novos modelos. Nunca houve uma altura tão excitante para dar sentido aos mistérios do Universo primitivo.

Fonte: Astronomia OnLine