O Telescópio Espacial James Webb (JWST) encontrou mais uma vez evidências de que o universo primitivo era um lugar muito mais complexo do que pensávamos. Desta vez, tem detectou a assinatura de átomos de carbono presente em uma galáxia que se formou apenas 350 milhões de anos após o Big Bang – uma das primeiras galáxias já observadas.
“Pesquisas anteriores sugeriam que o carbono começou a formar-se em grandes quantidades relativamente tarde – cerca de mil milhões de anos após o Big Bang”, disse Roberto Maiolino, professor do Instituto Kavli. “Mas descobrimos que o carbono se formou muito antes – pode até ser o metal mais antigo de todos.”
‘Metal’ é o nome que os astrônomos dão a qualquer elemento mais pesado que o hidrogênio ou o hélio, e ver metais como o carbono tão cedo é uma surpresa. O carbono é, obviamente, um dos blocos de construção da vida na Terra, mas também desempenha um papel na formação das galáxias e do sistema solar. É um dos materiais que podem se acumular nos discos protoplanetários ao redor das estrelas, formando uma bola de neve para se tornarem planetas, luas e asteróides.
Mas os astrónomos não esperavam ver esse processo acontecer tão cedo.
Quando as primeiras estrelas (chamadas estrelas de população III) nasceram, numa era do universo conhecida como Aurora Cósmica, os únicos elementos abundantes eram o hidrogénio e o hélio. Todos os elementos mais pesados ainda não existiam. Eles só foram capazes de se formar mais tarde, dentro dos núcleos das estrelas, portanto, não seriam detectáveis até bem depois da morte das primeiras estrelas.
Estrelas moribundas da população III que explodem à medida que as supernovas lançam os seus elementos mais pesados para o Universo, permitindo que futuras populações de estrelas desenvolvam planetas rochosos com uma química mais interessante.
Acredita-se que a galáxia em questão, chamada GS-z12, contenha em grande parte estrelas de segunda geração, construídas a partir dos restos daquelas primeiras supernovas. Os astrônomos não esperavam que os blocos de construção da galáxia fossem ricos em carbono:
“Ficámos surpreendidos ao ver carbono tão cedo no Universo, uma vez que se pensava que as primeiras estrelas produziam muito mais oxigénio do que carbono”, disse Maiolino. “Pensávamos que o carbono tinha sido enriquecido muito mais tarde, através de processos totalmente diferentes, mas o facto de ter surgido tão cedo diz-nos que as primeiras estrelas podem ter funcionado de forma muito diferente.”
O espectrógrafo de infravermelho próximo do JWST permitiu aos astrônomos decompor a luz vinda da galáxia distante em suas partes constituintes, revelando todos os diferentes comprimentos de onda presentes. Cada elemento e composto químico tem sua própria assinatura quando visualizado por espectroscopia, e o sinal do carbono era muito forte. Houve também um sinal mais fraco para néon e oxigênio, embora essas detecções permaneçam provisórias no momento.
Como o carbono surgiu antes do oxigénio é uma questão em aberto, mas uma hipótese propõe que os cientistas precisam agora de revisitar os seus modelos de supernovas estelares de população III. Se estas supernovas ocorressem com menos energia do que se pensava anteriormente, então dispersariam carbono das camadas exteriores das estrelas, enquanto a maior parte do oxigénio presente seria capturado no horizonte de eventos à medida que as estrelas colapsavam em buracos negros.
Independentemente de como isso aconteceu, há agora um forte argumento para a existência de elementos pesados no início do universo – muito antes do que se imaginava. O JWST está revelando detalhes inesperados sobre as primeiras galáxias que acabarão por tornar as previsões dos cientistas sobre a evolução do universo muito mais robustas. E talvez o mais significativo é que também nos fala sobre o primeiro passo para a criação da vida.
“Estas observações dizem-nos que o carbono pode ser enriquecido rapidamente no início do Universo”, disse Francesco D’Eugenio, do Instituto Kavli. “E como o carbono é fundamental para a vida como a conhecemos, não é necessariamente verdade que a vida deva ter evoluído muito mais tarde no universo. Talvez a vida tenha surgido muito antes – embora, se houver vida em outras partes do universo, ela possa ter evoluído de forma muito diferente do que aconteceu aqui na Terra.”
Saber mais:
“A detecção mais precoce de metais desafia o que sabemos sobre as primeiras galáxias.” Universidade de Cambridge.
D’Eugênio et al. “JADES: Enriquecimento de carbono 350 milhões de anos após o Big Bang em uma galáxia rica em gás.” Pré-impressão do ArXiv (aceito para Astronomia e Astrofísica).
