Descoberta a população de galáxias que impulsionou uma "remodelação" cósmica

Os astrónomos, utilizando dados do Telescópio Espacial James Webb da NASA, identificaram dezenas de pequenas galáxias que desempenharam um papel principal numa remodelação cósmica que transformou o Universo primitivo naquele que conhecemos hoje.

 Os símbolos marcam a localização de galáxias jovens, de baixa massa, que "explodiram" com novas estrelas quando o Universo tinha cerca de 800 milhões de anos. Utilizando um filtro sensível a estas galáxias, o Telescópio Espacial James Webb da NASA obteve imagens das mesmas com a ajuda de uma lente gravitacional criada pelo enxame de galáxias Abell 2744. No total, foram encontradas 83 galáxias jovens, mas apenas as 20 aqui apresentadas (losangos brancos) foram selecionadas para um estudo mais aprofundado. A inserção amplia uma dessas galáxias. Ver aqui a imagem completa (atenção: tamanho de 103,1 MB), aqui a versão sem os losangos brancos (atenção: tamanho de 103,0 MB). Crédito: NASA/ESA/CSA/Bezanson et al., 2024 e Wold et al., 2025

"Quando se trata de produzir luz ultravioleta, estas pequenas galáxias comportam-se como verdadeiros pesos pesados", disse Isak Wold, investigador assistente da Universidade Católica da América em Washington e do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland. "A nossa análise destas galáxias minúsculas, mas poderosas, é 10 vezes mais sensível do que os estudos anteriores e mostra que existiam em número suficiente e tinham potência ultravioleta suficiente para impulsionar esta renovação cósmica".

Wold discutiu as suas descobertas na passada quarta-feira, na 246.ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em Anchorage, Alasca. O estudo tirou partido de imagens já existentes recolhidas pelo instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb, bem como de novas observações feitas com o instrumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph).

As galáxias minúsculas foram descobertas por Wold e pelos colegas de Goddard, Sangeeta Malhotra e James Rhoads, através da análise de imagens Webb captadas como parte do programa de observação UNCOVER (Ultradeep NIRSpec and NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization), liderado por Rachel Bezanson na Universidade de Pittsburgh, Pensilvânia.

O projeto mapeou um enxame gigante de galáxias conhecido como Abell 2744, também chamado de Enxame de Pandora, situado a cerca de 4 mil milhões de anos-luz de distância, na direção da constelação austral de Escultor. A massa do enxame forma uma lente gravitacional que amplia fontes distantes, aumentando o já considerável alcance do Webb.

Durante grande parte dos seus primeiros mil milhões de anos, o Universo esteve imerso numa névoa de gás hidrogénio neutro. Hoje, este gás está ionizado - despojado dos seus eletrões. Os astrónomos, que se referem a esta transformação como reionização, há muito que se interrogam sobre os tipos de objetos mais responsáveis: galáxias grandes, galáxias pequenas ou buracos negros supermassivos em galáxias ativas. Como um dos seus principais objetivos, o Webb da NASA foi especificamente concebido para responder a questões-chave sobre esta grande transição na história do Universo.

À esquerda, uma vista infravermelha ampliada do enxame de galáxias Abell 2744, com três jovens galáxias "starburst" destacadas por losangos verdes. A coluna central mostra grandes planos de cada galáxia, juntamente com as suas designações, a quantidade de ampliação fornecida pela lente gravitacional do enxame, os seus desvios para o vermelho (mostrados como z - todos correspondem a uma idade cósmica de cerca de 790 milhões de anos) e a sua massa estimada de estrelas. À direita, as medições do instrumento NIRSpec do Telescópio Espacial James Webb da NASA confirmam que as galáxias produzem uma forte emissão na luz do oxigénio duplamente ionizado (barras verdes), indicando que está a ocorrer uma formação estelar explosiva. Crédito: NASA/ESA/CSA/Bezanson et al., 2024 e Wold et al., 2025

Estudos recentes mostraram que pequenas galáxias com uma formação estelar vigorosa podem ter desempenhado um papel muito importante. Tais galáxias são raras atualmente, constituindo apenas cerca de 1% das que nos rodeiam. Mas eram abundantes quando o Universo tinha cerca de 800 milhões de anos, uma época que os astrónomos designam por desvio para o vermelho de 7, quando a reionização estava bem encaminhada. 

A equipe procurou galáxias pequenas com a idade cósmica certa que mostrassem sinais de formação estelar explosiva, chamadas "starburst", nas imagens NIRCam do enxame.

"As galáxias de baixa massa reúnem menos gás hidrogénio neutro à sua volta, o que facilita a fuga da luz ultravioleta ionizante", disse Rhoads. "Da mesma forma, os episódios de formação estelar explosiva não só produzem luz ultravioleta abundante, como também esculpem canais na matéria interestelar de uma galáxia, o que ajuda esta luz a escapar".

Os astrónomos procuraram fontes fortes de um comprimento de onda específico de luz que significa a presença de processos altamente energéticos: uma linha verde emitida por átomos de oxigénio que perderam dois eletrões. Originalmente emitida como luz visível nos primórdios do cosmos, o brilho verde do oxigénio duplamente ionizado foi esticado para o infravermelho à medida que atravessava o Universo em expansão e eventualmente chegou aos instrumentos do Webb.

Esta técnica revelou 83 pequenas galáxias "starburst" tal como apareciam quando o Universo tinha 800 milhões de anos, ou cerca de 6% da sua idade atual de 13,8 mil milhões de anos. A equipa selecionou 20 destas galáxias para uma inspeção mais profunda usando o NIRSpec.

"Estas galáxias são tão pequenas que, para construir a massa estelar equivalente à da nossa Galáxia, a Via Láctea, seriam necessárias 2000 a 200.000 galáxias", disse Malhotra. "Mas somos capazes de as detetar graças à nossa nova técnica de seleção de amostras combinada com lentes gravitacionais".

Tipos semelhantes de galáxias no Universo atual, como as apelidadas "ervilhas", libertam cerca de 25% da sua luz ultravioleta ionizante para o espaço circundante. Se as galáxias "starburst" de baixa massa exploradas por Wold e pela sua equipa libertarem uma quantidade semelhante, podem ser responsáveis por toda a luz ultravioleta necessária para converter o hidrogénio neutro do Universo na sua forma ionizada.

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