De acordo com um estudo recente, as primeiras galáxias do universo eram uma bagunça. Na sua juventude, são feixes selvagens e caóticos de gás turbulento, agitados por grandes quantidades de gás interestelar, explosões massivas de formação de estrelas e buracos negros supermassivos furiosos.
Uma equipe de astrônomos liderada por Lola Dunhaive, da Universidade de Cambridge, observou recentemente que Telescópio Espacial James Webb (JWST) Distribuído em 272 pequenas galáxias que datam de 800 milhões a 1,5 bilhão de anos atrás Big Bang. Quando a luz destas galáxias começou a atingir o nosso canto do universo, o universo ainda era muito jovem (astronómicamente falando); agora que esta luz atingiu os olhos do JWST, os cientistas estão a ver que as galáxias distantes parecem muito diferentes dos discos maduros e em rotação suave que vemos no Universo próximo.
Dunhaif e seus colegas usaram o instrumento NIRCam do JWST para observar como o gás hidrogênio ionizado se move dentro de cada galáxia. Na maioria dos objetos estudados, o gás não flui em torno do centro da galáxia numa única corrente suave, mas flui em todas as direções, criando redemoinhos turbulentos, ondas de choque e aglomerados irregulares de material.
As galáxias que vemos no universo próximo são mais modernas, e a maioria delas são galáxias espirais e de disco bem organizadas, com todo o gás e estrelas se movendo na mesma direção em torno do centro – a menos que tenham colidido recentemente ou quase colidido com outra galáxia. Mas quanto mais os astrônomos olham para trás no tempo, mais complicadas as coisas ficam.
Até as galáxias passam por momentos de caos
Dunhaif e os seus colegas descrevem as galáxias no seu estudo como existindo “no início do disco, no qual a galáxia começa a ser sustentada pela rotação, mas passa por vários períodos de instabilidade… e depois entra no disco frio que observamos no universo local.” (Novamente, galáxias. Da mesma forma.)
O Telescópio Espacial James Webb mostrou a Dunhaif e aos seus colegas como era a sua amostra de galáxias distantes quando o Universo tinha entre 800 milhões e 1,5 mil milhões de anos. Esse foi o período próximo ao fim, chamado amanhecer cósmico (50 milhões a 1 bilhão de anos após o Big Bang), quando as primeiras estrelas e galáxias se formaram, logo no limite do período conhecido como Big Bang meio-dia cósmico (2 a 3 mil milhões de anos após o Big Bang), quando explosões de novas estrelas iluminaram o Universo a um ritmo mais rápido do que em qualquer momento anterior ou posterior. As pequenas galáxias desordenadas estudadas por Dunhaif e seus colegas estão acelerando a sua formação estelar até que fogos de artifício dramáticos irrompem ao meio-dia cósmico, o que é parte da razão pela qual as coisas nestas galáxias são tão turbulentas.
Novas estrelas, assim como novos humanos, perdem a paciência facilmente. Para uma estrela, isso significa explodir o espaço circundante com um poderoso vento estelar de partículas carregadas, bem como radiação de alta energia, especialmente em comprimentos de onda ultravioleta. Isto torna o espaço nos berçários estelares (enormes nuvens de gás frio onde novas estrelas se formam) turbulento e caótico. Modelos e observações dizem-nos que naquelas galáxias primitivas, a formação estelar ocorria frequentemente em explosões irregulares e dramáticas, aumentando ainda mais o caos.
Essas galáxias também estavam passando pela adolescência, quando as nuvens de gás no universo eram muito mais densas do que são agora. Afinal, o universo tem se expandido desde o Big Bang, então, tecnicamente, o local antes do meio-dia cósmico era muito menor, mas tinha a mesma quantidade de matéria. Este facto tem enormes consequências para as galáxias jovens, porque significa que o gás intergaláctico está a fluir – por vezes até invadindo galáxias jovens, provocando turbulência no processo. O buraco negro supermassivo no centro de cada galáxia está devorando avidamente todo esse gás, expelindo jatos relativísticos de matéria e radiação.
Em comparação com as galáxias do nosso Universo próximo, a maioria das galáxias estudadas por Dunhaif e os seus colegas são pequenas: 100 milhões a 10 mil milhões de vezes a massa do Sol (a nossa Via Láctea tem uma massa de cerca de 1,5 biliões de massas solares).
Isto significa que factores como buracos negros supermassivos, rios de gás que chegam e explosões de formação estelar têm um enorme impacto na sua estabilidade. Em outras palavras, foi uma época estranha e muita coisa estava acontecendo nessas jovens galáxias.
O que fazer a seguir?
Os astrônomos notaram algumas exceções: as primeiras galáxias que de alguma forma foram enterradas em processos aleatórios no passado foram capazes de se aglomerar mais cedo do que outras galáxias. Estas galáxias tendem a ser maiores do que a média, o que pode torná-las mais resilientes face à perturbação cósmica. Mas a maioria das galáxias estudadas ainda se encontra claramente num estado de caos.
Alguns estudos anteriores encontraram alguns valores discrepantes galácticos prematuros, mas os astrónomos não conseguiram dizer se eram normais. Modelos e simulações sugerem que não deveriam ser; em vez disso, prevê-se que as primeiras galáxias sejam caóticas e irregulares. Os astrónomos sabem agora que a realidade caótica das primeiras galáxias parece ajustar-se estreitamente aos modelos matemáticos dos físicos sobre como o Universo funciona.
Para Dunhaif e seus colegas, o próximo passo será combinar as suas observações recentes de gás hidrogénio ionizado quente com observações futuras de gás frio e poeira nas mesmas galáxias primitivas e distantes. Isto revelará mais sobre a estrutura e evolução das galáxias.
“Com mais dados, seremos capazes de traçar como estes sistemas turbulentos cresceram e se tornaram nas espirais elegantes que vemos hoje”, disse Tacera.
A equipe publicou as novas descobertas em 22 de outubro Na revista Avisos Mensais da Royal Astronomical Society.
