Durante a Idade das Trevas do Universo, o denso gás primordial absorveu e espalhou a luz, proibindo-a de viajar. Somente quando as primeiras estrelas e galáxias começaram a brilhar em luz ultravioleta energética é que começou a Época da Reionização. A poderosa luz UV brilhou através do Universo e abriu buracos no gás, permitindo que a luz viajasse livremente.

Novas observações feitas com o Telescópio Espacial James Webb revelam como isso aconteceu. O telescópio mostra que galáxias anãs fracas acabaram com a escuridão.

Voltar no tempo e responder a questões fundamentais sobre o nosso Universo é o maior presente do Telescópio Espacial James Webb. O poderoso telescópio espacial infravermelho examinou os primeiros estágios da vida do Universo e mostrou aos astrônomos as forças que o moldaram. Uma das nossas maiores questões sobre o Universo diz respeito à Época da Reionização (EOR) que ocorreu várias centenas de milhões de anos após o Big Bang, encerrando a Idade das Trevas do Universo.

Uma ilustração mostrando a linha do tempo do Universo.  A EOR encerrou a Idade das Trevas Cósmica e começou cerca de 400 milhões de anos após o Big Bang.  Crédito: NASA, ESA e A. Feild (STScI)
Uma ilustração mostrando a linha do tempo do Universo. A EOR encerrou a Idade das Trevas Cósmica e começou cerca de 400 milhões de anos após o Big Bang. Crédito: NASA, ESA e A. Feild (STScI)

Os cientistas não têm certeza sobre a fonte de luz que causou o EOR. O gás primordial que bloqueava a viagem da luz antes do EOR era o hidrogênio e compreendia o Meio Intergaláctico (IGM). Apenas a luz UV de maior energia pode ionizar o hidrogénio, por isso os astrónomos procuraram fontes de luz UV. (Os raios gama e os raios X também podem, mas não havia fontes suficientes para causar o EOR.) Candidatos incluídos População III estrelas, as primeiras estrelas a se formar no Universo. Eles eram enormes e luminosos e poderiam fornecer a luz ultravioleta necessária.

Os quasares eram outro candidato porque emitem muita luz acima do limiar necessário para ionizar o hidrogénio. Mas não eram suficientes para acionar o EOR. Galáxias massivas também eram candidatas, mas os astrónomos pensam que teriam absorvido grande parte da sua própria luz.

Galáxias anãs também eram candidatas. Na verdade, eles têm sido os principais candidatos há algum tempo porque são pequenos o suficiente para que a luz ultravioleta escape facilmente. Eles precisam ser o que chamamos de galáxias emissoras de Lyman Continuum (LyC). Os fótons Lyman Continuum têm energia suficiente para ionizar o hidrogênio, então os astrônomos procuraram as galáxias anãs LyC que os emitiram. O Hubble encontrou cerca de 50 delas em 2022, e isso ajudou a construir a estrutura para a compreensão de como as galáxias anãs poderiam ser responsáveis ​​pela EOR. Mas os 50 que o Hubble encontrou eram locais, não antigos.

Mas agora temos o JWST perspicaz e seu penetrante olhar infravermelho. Tem o poder de ver a mais fraca luz infravermelha do Universo antigo. Até mesmo o poderoso JWST precisa de ajuda para observar as galáxias anãs muito ténues do Universo primordial. Combinado com o poder de lente gravitacional, o telescópio espacial foi capaz de ver algumas das primeiras galáxias. Entre elas estavam as galáxias anãs LyC, alguns dos objetos mais tênues do Universo primordial.

“Esta descoberta revela o papel crucial desempenhado pelas galáxias ultrafracas na evolução do Universo primordial.”

Iryna Chemerynska, Instituto de Astrofísica de Paris, França.

Essas descobertas estão em um novo artigo de pesquisa publicado na Nature intitulado “A maioria dos fótons que reionizaram o Universo vieram de galáxias anãs.” O autor principal é Hakim Atek, astrônomo do Institut d’Astrophysique de Paris, CNRS, Sorbonne University, Paris.

Atek e seus colegas pesquisadores encontraram oito galáxias anãs ultrafracas no Universo primordial. Ao contrário do que se pensava anteriormente, estas oito galáxias eram prodigiosas emissoras de radiação ionizante Lyman Continuum. Apesar da aparente fraqueza, emitiram quatro vezes mais radiação ionizante do que se pensava anteriormente. Isso ajuda a consolidar seu status como objetos responsáveis ​​pelo EOR.

A galáxia anã ultracompacta M60-UCD1 não é antiga e está a apenas cerca de 50 milhões de anos-luz de distância.  Mas é semelhante às antigas galáxias anãs encontradas pelo JWST.  Tem apenas cerca de 1/500 do diâmetro da Via Láctea, mas é densamente repleto de estrelas e extremamente luminoso.  (Crédito da imagem NASA/ESA e A.Seth)
A galáxia anã ultracompacta M60-UCD1 não é antiga e está a apenas cerca de 50 milhões de anos-luz de distância. Mas é semelhante às antigas galáxias anãs encontradas pelo JWST. Tem apenas cerca de 1/500 do diâmetro da Via Láctea, mas é densamente repleto de estrelas e extremamente luminoso. (Crédito da imagem NASA/ESA e A.Seth)

“Esta descoberta revela o papel crucial desempenhado pelas galáxias ultrafracas na evolução do Universo primordial,” disse Iryna Chemerynska, membro da equipa, do Institut d’Astrophysique de Paris, em França. “Eles produzem fótons ionizantes que transformam hidrogênio neutro em plasma ionizado durante a reionização cósmica. Destaca a importância da compreensão das galáxias de baixa massa na formação da história do Universo.”

Estas galáxias anãs eram cerca de 100 vezes menos massivas que a Via Láctea. Ao utilizar a poderosa espectroscopia do JWST, os astrónomos foram capazes de examinar a luz destas pequenas e ténues galáxias em grande detalhe. A equipe de pesquisadores percebeu que se houvesse um número suficiente dessas galáxias, elas poderiam ser responsáveis ​​pela EOR.

À medida que cada galáxia emitia radiação ionizante, criava uma bolha de hidrogênio transparente ao seu redor. Essas bolhas cresceram até se sobreporem. Eventualmente, o hidrogênio no IGM foi ionizado e a luz pôde viajar livremente. Embora outras fontes, como quasares e galáxias massivas, pudessem ter criado as suas próprias bolhas mais pequenas de hidrogénio ionizado, foram as bolhas mais pequenas que permitiram que o Universo se ionizasse de forma mais homogénea. Assim, estas galáxias anãs deram uma grande contribuição para a arquitetura do Universo.

“Essas potências cósmicas emitem coletivamente energia mais do que suficiente para realizar o trabalho”, disse o autor principal Hakim Atek. “Apesar do seu pequeno tamanho, estas galáxias de baixa massa são produtoras prolíficas de radiação energética, e a sua abundância durante este período é tão substancial que a sua influência colectiva pode transformar todo o estado do Universo.”

Na era atual, só conseguimos ver outras galáxias por causa da reionização. Sem ele, estaríamos rodeados por hidrogénio atómico opaco. Portanto, descobrir o que tornou a galáxia transparente ajuda a explicar o Universo em que nos encontramos hoje.

Os cientistas ainda não terminaram esse tipo de observação. Embora estes investigadores tenham encontrado oito galáxias anãs que podem ajudar a explicar a EOR, é necessária uma imagem mais abrangente da sua população para estabelecê-las firmemente como a principal causa da EOR. Um próximo programa de observação do JWST, chamado GLIMPSE, estudará galáxias anãs no Universo primordial usando o JWST e lentes gravitacionais. Os astrónomos querem saber quão predominantes são estas galáxias anãs primitivas, para que possam restringir ainda mais a sua contribuição para a EOR.

Fonte: InfoMoney

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