Um dos desenvolvimentos mais emocionantes na astronomia moderna é como os astrónomos podem agora observar e estudar as primeiras galáxias do Universo. Isto se deve aos observatórios da próxima geração, como o Telescópio Espacial James Webb (JWST), com o seu sofisticado conjunto de instrumentos infravermelhos e espectrómetros, e avanços na interferometria – uma técnica que combina múltiplas fontes de luz para obter uma imagem mais nítida dos objetos astronómicos. Graças a estas observações, os astrónomos podem aprender mais sobre como as primeiras galáxias do Universo evoluíram para se tornarem o que vemos hoje.
Usando Webb e o Matriz Milimétrica/submilimétrica Grande Atacama (ALMA), uma equipa internacional liderada por investigadores do Observatório Astronômico Nacional do Japão (NAOJ) detectado com sucesso transições atômicas vindas da galáxia GHZ2 (também conhecido como GLASS-z12), localizado a 13,4 bilhões de anos-luz de distância. O seu estudo não só estabeleceu um novo recorde para a detecção mais distante destes elementos. Esta é a primeira vez que tais emissões foram detectadas em galáxias a mais de 13 mil milhões de anos-luz de distância, como também oferece os primeiros conhecimentos directos sobre as propriedades das primeiras galáxias no Universo.
A galáxia foi identificada pela primeira vez em julho de 2022 pelo Pesquisa amplificada por lentes Grism do espaço (GLASS) programa de observação usando o JWST Câmera infravermelha próxima (NIRCam). Um mês depois, observações de acompanhamento do ALMA confirmaram que a galáxia tinha um desvio para o vermelho espectrográfico de mais de z = 12, tornando-a uma das primeiras e mais distantes galáxias já observadas. As observações requintadas de ambos os observatórios permitiram aos astrónomos obter novas informações sobre a natureza das primeiras galáxias do Universo.
Jorge Zavala, astrônomo do Centro Regional ALMA do Leste Asiático no NAOJ, foi o autor principal deste estudo. Como ele explicou em um ALMA-NAOJ Comunicado de imprensa:
“Apontamos as mais de quarenta antenas de 12 m do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e a antena de 6,5 m Telescópio Espacial James Webb (JWST) durante várias horas numa posição do céu que pareceria totalmente vazia ao olho humano nu, com o objetivo de captar um sinal de um dos objetos astronómicos mais distantes conhecidos até à data. E [we] detectou com sucesso a emissão de átomos excitados de diferentes elementos, como hidrogênio e oxigênio, de uma época nunca alcançada antes.”
Confirmar e caracterizar as propriedades físicas de galáxias distantes é vital para testar as nossas teorias atuais de formação e evolução de galáxias. No entanto, a compreensão da sua física interna requer observações astronómicas detalhadas e sensíveis e espectroscopia – a absorção e emissão de luz pela matéria – permitindo aos cientistas detectar elementos e compostos químicos específicos. Naturalmente, estas observações foram um desafio para as primeiras galáxias, dado que são os objetos astronómicos mais distantes alguma vez estudados.
No entanto, as observações do ALMA detectaram a linha de emissão associada ao oxigénio duplamente ionizado (O III), confirmando que a galáxia existiu cerca de 367 milhões de anos após o Big Bang. Combinado com dados obtidos por Webb’s Espectrógrafo de infravermelho próximo (NIRSpec) e Instrumento de infravermelho médio (MIRI), a equipe conseguiu caracterizar este objeto de forma eficaz. Com base nas suas observações, a equipa descobriu que GHZ2 estava a experienciar explosões extremas de formação estelar há 13,4 mil milhões de anos, sob condições que diferem consideravelmente daquelas que os astrónomos observaram em galáxias com formação estelar ao longo das últimas décadas.
Por exemplo, a abundância relativa de elementos mais pesados nesta galáxia (metalicidade) é significativamente menor do que a da maioria das galáxias estudadas. Isto era esperado dada a escassez de elementos mais pesados durante o Universo primordial, quando População III existiam estrelas, que eram esmagadoramente compostas de hidrogênio e hélio. Essas estrelas eram massivas, quentes e de vida curta, durando apenas alguns milhões de anos antes de se tornarem supernovas. Da mesma forma, a equipe atribuiu a alta luminosidade do GHZ2 às suas estrelas de População III, que estão ausentes nas galáxias mais evoluídas.
Esta luminosidade é amplificada pelo facto de GHZ2, que tem algumas centenas de milhões de vezes a massa do Sol, ocupar uma região de cerca de 100 parsecs (~325 anos-luz). Isto indica que a galáxia tem uma alta densidade estelar semelhante à dos aglomerados globulares observados na Via Láctea e nas galáxias vizinhas. Outras semelhanças incluem baixa metalicidade, abundâncias anômalas de certos produtos químicos, altas taxas de formação de estrelas, alta densidade superficial de massa estelar e muito mais. Como tal, estudar galáxias como GHZ2 poderia ajudar os astrónomos a explicar a origem dos enxames globulares, que permanece um mistério.
Segundo Tom Bakx, pesquisador da Universidade Chalmers, essas observações podem abrir caminho para estudos futuros de galáxias antigas que revelam as primeiras fases da formação de galáxias:
“Este estudo é a coroação do esforço plurianual para compreender as galáxias do Universo primordial. A análise de múltiplas linhas de emissão permitiu vários testes importantes das propriedades das galáxias e demonstra as excelentes capacidades do ALMA através de uma sinergia poderosa e emocionante com outros telescópios como o JWST.”
Fonte: InfoMoney
