Em sua infância, o universo passou por uma espécie de crise de identidade.
Durante as primeiras centenas de milhões de anos, o vasto gás cósmico galáxia Principalmente um assunto frio e denso. Mas então, pareceu acordar e decidir ficar aquecido e confuso.
Esta estranha mudança na forma do universo primitivo é uma pista importante as primeiras galáxias Apareceu de repente e moldou tudo o que vemos hoje. O universo primitivo, apenas um sussurro depois Big Bangcom apenas algumas centenas de milhões de anos – quando as primeiras estrelas e galáxias começaram a brilhar como luzes de fadas na escuridão do universo.
Todos estes combustíveis produzidos em massa: nuvens gigantes de gás, principalmente hidrogénio. Os astrónomos suspeitam há muito tempo que estas galáxias bebés estão ocupadas, mas novas descobertas dos astrónomos Telescópio Espacial James Webb estão nos mostrando que eles são mais brilhantes e maiores do que nossos sonhos mais loucos. Eles são como adolescentes que se encontram numa turma de jardim de infância muito além do seu desenvolvimento esperado.
Esta precocidade cósmica significa que os nossos modelos existentes de formação de galáxias podem precisar de sérios ajustes. Achamos que temos uma boa noção de como o gás cai matéria escura Halo, legal, então acenda Estrela. Mas os dados do JWST mostram que a mania inicial de criar estrelas era mais agressiva e acelerada. A questão é: como é que estas jovens galáxias gerem tão rapidamente um negócio tão próspero?
Para desvendar este mistério, Umberto Maio e Céline Péroux do INAF – Instituto Nacional Italiano de Astrofísica e Instituto de Física Fundamental do Universo – Observatório Europeu do Suldecidiu mergulhar no universo virtual. Eles criaram simulações computacionais extremamente detalhadas de uma máquina do tempo cósmica chamada ColdSIM, que pode retroceder o relógio e observar como o gás se comportou durante os primeiros bilhões de anos após o Big Bang. Seu objetivo é prever as condições do universo primitivo orçamento bárion —Esta é uma contabilidade de toda a matéria “normal”, incluindo a matéria de que as estrelas e os planetas são feitos e onde eles vão parar.
O que eles descobriram foi um universo em constante mudança. antes de um momento crítico era da reionização – quando universo Eventualmente, tornando-se transparente à luz ultravioleta – o gás é, de fato, quase todo frio. Este é um ambiente perfeito e denso para a formação de estrelas. Mas isso mudou à medida que a formação de estrelas se acelerou e a luz ultravioleta intensa começou a mover-se rapidamente. Simulações mostram que o gás muda rapidamente para ser dominado por uma fase mais quente e menos densa. É como se o universo tivesse passado de uma manhã tranquila e fresca para uma tarde movimentada e ensolarada, com toda a energia das novas estrelas e da radiação aquecendo as coisas.
Isso é mais do que apenas uma ligeira mudança de temperatura. Isso muda fundamentalmente o ritmo da evolução da galáxia. A simulação inteligente da equipa traçou as viagens de vários tipos de gases, evitando cuidadosamente atalhos comuns em modelos que muitas vezes levam a respostas obscuras. Eles descobriram algumas coisas reveladoras sobre como essas galáxias bebês se encaixam.
Primeiro, a taxa de recirculação estelar é surpreendentemente baixa. Esta é a quantidade de material que a estrela ejeta de volta para o gás circundante quando eles morreremessencialmente reciclando combustível para a próxima geração de estrelas. No universo primitivo, esta reciclagem de estrelas parecia ser menos eficiente. Quantidades menores de material estelar antigo são devolvidas ao gás, o que significa que novas estrelas são formadas em grande parte a partir de gás primordial fresco que cai constantemente da estrela. Rede Universo. É um pouco como um canteiro de obras, onde novos materiais são constantemente entregues em vez de reaproveitar grande parte do material do prédio demolido.
Mas mesmo com quantidades menores recuperadas, o gás nestas galáxias ainda queima a um ritmo alarmante. Maio e Perrou descobriram que o tempo de exaustão (o tempo que uma galáxia leva para converter todo o seu gás em estrelas à taxa atual) é muito curto. Muito mais curto do que o que vemos nas galáxias hoje. Isto significa que as primeiras galáxias eram verdadeiras máquinas de formação de estrelas, engolindo gás e cuspindo estrelas com intensidade feroz. Ele pinta a imagem de uma galáxia bebê fazendo birra, produzindo estrelas freneticamente a partir de cada pedaço de gás disponível.
Então, por que isso é importante? Porque reescreve parte da história de origem do nosso universo. As nossas previsões iniciais destas galáxias primitivas basearam-se em observações de galáxias posteriores e mais maduras e simplesmente não capturaram este cenário dinâmico e em rápida evolução. Acontece que você não pode simplesmente aplicar o que sabe sobre galáxias de meia-idade à sua juventude vibrante. Quando o próprio universo era tão jovem e compacto, os processos físicos, desde a dinâmica dos gases até o feedback estelar, eram muito diferentes.
É claro que esta história de detetive cósmica está longe de terminar. As simulações numéricas são poderosas, mas sempre enfrentam a complexidade do universo. Modele tudo, desde complexas estruturas de gás multifásicas até ventos poderosos soprados por estrelas massivas buraco negro É um enorme desafio. Ainda existem grandes incertezas, como a função exata da massa inicial da estrela (quantas estrelas grandes e pequenas nascem) e a quantidade precisa de “metal” necessária para iniciar o resfriamento. Nosso modelo ainda tem muito espaço para desenvolvimento.
Mas a boa notícia é que temos ferramentas mais poderosas. O Telescópio Espacial James Webb está bem ali, fornecendo-nos imagens cada vez mais nítidas dessas galáxias antigas e distantes. A próxima geração de radiotelescópios está chegando, por ex. Matriz de Quilômetros Quadrados (SKA), que nos permitirá observar mais profundamente os reservatórios de gás frio destas primeiras galáxias. Estes novos olhos no céu irão fornecer-nos os dados críticos do mundo real de que necessitamos para testar estas novas previsões teóricas, ajudando-nos a refinar os nossos modelos e a pintar uma imagem mais clara do belo e caótico início do Universo.
A jornada para compreender como o universo se estruturou, uma galáxia de cada vez, ainda está se desenrolando diante de nós.
