Esta ilustração mostra uma galáxia que se formou apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang, quando o gás era uma mistura de transparente e opaco durante a Era da Reionização. Dados do Telescópio Espacial James Webb da NASA mostram que existe muito gás frio e neutro na vizinhança destas primeiras galáxias – e que o gás pode ser mais denso do que o previsto.
Webb observou essas galáxias como parte de sua pesquisa Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) alguns meses depois de começar a fazer observações em 2022. O CEERS inclui imagens e dados conhecidos como espectros dos microobturadores a bordo de seu NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph). Os dados do CEERS foram divulgados imediatamente para apoiar descobertas como esta como parte do programa Early Release Science (ERS) de Webb. Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
Usando o Telescópio Espacial James WebbOs investigadores da Universidade de Copenhaga tornaram-se os primeiros a observar a formação de três das primeiras galáxias do Universo, há mais de 13 mil milhões de anos.
Pela primeira vez na história da astronomia, investigadores do Instituto Niels Bohr testemunharam o nascimento de três das primeiras galáxias do Universo, algures entre 13,3 e 13,4 mil milhões de anos atrás.
A descoberta foi feita usando o Telescópio Espacial James Webb, que trouxe estas primeiras “observações ao vivo” de galáxias em formação até nós aqui na Terra.
Através do telescópio, os pesquisadores conseguiram ver sinais de grandes quantidades de gás que se acumulam e se acumulam em uma minigaláxia em processo de construção. Embora seja assim que as galáxias são formadas de acordo com teorias e simulações de computador, isso nunca foi realmente testemunhado.
“Poderíamos dizer que estas são as primeiras imagens ‘diretas’ da formação de galáxias que já vimos. Enquanto o James Webb já nos mostrou galáxias primitivas em estágios posteriores de evolução, aqui testemunhamos o seu nascimento e, portanto, a construção dos primeiros sistemas estelares do universo”, diz o professor assistente Kasper Elm Heintz do Instituto Niels Bohr. que liderou o novo estudo.
O estudo foi publicado na conceituada revista científica Ciência.
Como eles fizeram isso
Os investigadores conseguiram medir a formação das primeiras galáxias do Universo utilizando modelos sofisticados de como a luz destas galáxias foi absorvida pelo gás neutro localizado dentro e ao seu redor. Esta transição é conhecida como transição Lyman-alfa.
Ao medir a luz, os investigadores conseguiram distinguir o gás das galáxias recém-formadas de outros gases. Estas medições só foram possíveis graças às capacidades incrivelmente sensíveis do espectrógrafo infravermelho do Telescópio Espacial James Webb.
Galáxias nascidas logo após o Big Bang
Os pesquisadores estimam que o nascimento das três galáxias ocorreu cerca de 400-600 milhões de anos após a Big Bang, a explosão que deu início a tudo. Embora pareça muito tempo, corresponde à formação de galáxias durante os primeiros três a quatro por cento da vida total de 13,8 mil milhões de anos do Universo.
Pouco depois do Big Bang, o Universo era um enorme gás opaco de átomos de hidrogénio – ao contrário de hoje, onde o céu noturno é salpicado por um manto de estrelas bem definidas.
“Durante algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang, as primeiras estrelas formaram-se, antes que as estrelas e o gás começassem a coalescer em galáxias. Este é o processo que vemos no início das nossas observações”, explica o professor associado Darach Watson.
O nascimento das galáxias ocorreu num momento da história do universo conhecido como a Época da Reionização, quando a energia e a luz de algumas das primeiras galáxias romperam as névoas de gás hidrogênio.
Foram precisamente essas grandes quantidades de gás hidrogênio que os pesquisadores capturaram usando a visão infravermelha do Telescópio Espacial James Webb. Esta é a medição mais distante do gás hidrogênio frio e neutro, que é o alicerce das estrelas e galáxias, descoberto por pesquisadores científicos até o momento.
Sobre o Universo Primitivo
O universo começou a sua “vida” há cerca de 13,8 mil milhões de anos numa enorme explosão – o Big Bang. O evento deu origem a uma abundância de partículas subatômicas, como quarks e elétrons. Essas partículas se agregaram para formar prótons e nêutrons, que mais tarde se fundiram em núcleos atômicos. Aproximadamente 380 mil anos após o Big Bang, os elétrons começaram a orbitar os núcleos atômicos e os átomos mais simples do universo se formaram gradualmente.
As primeiras estrelas formaram-se depois de algumas centenas de milhões de anos. E dentro do coração dessas estrelas, formaram-se os átomos maiores e mais complexos que temos ao nosso redor.
Mais tarde, as estrelas se fundiram em galáxias. As galáxias mais antigas que conhecemos foram formadas cerca de 3 a 400 milhões de anos após o Big Bang. O nosso próprio sistema solar surgiu há cerca de 4,6 mil milhões de anos – mais de 9 mil milhões de anos após o Big Bang.
Contribui para a compreensão de nossas origens
O estudo foi conduzido por Kasper Elm Heintz, em estreita colaboração com, entre outros, os colegas pesquisadores Darach Watson, Gabriel Brammer e a estudante de doutorado Simone Vejlgaard do Cosmic Dawn Center do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhague – um centro cujo objetivo declarado é investigar e compreender o alvorecer do universo. Este último resultado os deixa muito mais perto de fazer exatamente isso.
A equipa de investigação já solicitou mais tempo de observação com o Telescópio Espacial James Webb, na esperança de expandir o seu novo resultado e aprender mais sobre a época mais antiga da formação de galáxias.
“Por enquanto, trata-se de mapear as nossas novas observações de galáxias em formação com ainda mais detalhes do que antes. Ao mesmo tempo, estamos constantemente tentando ultrapassar o limite de quão longe podemos ver no universo. Então, talvez cheguemos ainda mais longe”, afirma Simone Vejlgaard.
Segundo o pesquisador, o novo conhecimento contribui para responder uma das questões mais básicas da humanidade.
“Uma das perguntas mais fundamentais que nós, humanos, sempre fizemos é: ‘De onde viemos?’. Aqui, reunimos um pouco mais da resposta, esclarecendo o momento em que algumas das primeiras estruturas do universo foram criadas. É um processo que iremos investigar mais a fundo, até que, esperançosamente, possamos encaixar ainda mais peças do quebra-cabeça”, conclui o professor associado Gabriel Brammer.
Referência: “Forte absorção Lyman-α amortecida em jovens galáxias formadoras de estrelas em redshifts 9 a 11” por Kasper E. Heintz, Darach Watson, Gabriel Brammer, Simone Vejlgaard, Anne Hutter, Victoria B. Strait, Jorryt Matthee, Pascal A. ; Finkelstein e Sune Toft, 23 de maio de 2024, Ciência.
DOI: 10.1126/science.adj0343
O estudo foi conduzido por Kasper E. Heintz, Darach Watson, Gabriel Brammer, Simone Vejlgaard, Anne Hutter, Victoria B. Strait, Jorryt Matthee, Pascal A. Oesch, Pall Jakobsson, Nial R. Tanvir, Peter Laursen, Rohan P. Naidu , Charlotte A. Mason, Meghana Killi, Intae Jung, Tiger Yu-Yang Hsiao, Abdurro’uf, Dan Coe, Pablo Arrabal Haro, Steven L. Finkelstein e Sune Toft.
A parte dinamarquesa da investigação é financiada pela Fundação Nacional de Investigação Dinamarquesa e pela Fundação Carlsberg.
