Astrônomos descobrem galáxias massivas de cerca de 2 bilhões de anos após o Big Bang

Astrônomos observaram uma população enigmática de enormes galáxias a grande distância que serão alvos cruciais para os próximos telescópios.

Hoje, os astrônomos lutam para explicar a origem das maiores galáxias do universo próximo. Esta nova descoberta, feita usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) no Chile, oferece uma explicação – mas algo está errado. As novas galáxias vão contra os atuais modelos de formação de galáxias. A descoberta é uma grande conquista para os cientistas que estudam a evolução galáctica.

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“Como um observador, nada pode ser comparado a descobrir algo novo”, disse Tao Wang, autor principal do estudo do Instituto de Astronomia da Universidade de Tóquio, ao Gizmodo em um e-mail. “Eu estou sempre intrigado com as grandes galáxias (além de buracos negros supermassivos e aglomerados de galáxias) em nosso universo, e tenho estudado sua formação e evolução desde o meu PhD. Saber que detectamos essas galáxias invisíveis no comprimento de onda submilimétrico com o ALMA é uma das minhas melhores lembranças na vida”.

Anteriormente, o conhecimento dos cientistas sobre as galáxias mais distantes (e, portanto, mais antigas) provinha de sua luz ultravioleta, estendendo-se em luz infravermelha de menor comprimento de onda pelo universo em expansão e fotografado por telescópios como o Telescópio Espacial Hubble. Mas essa técnica exige que as galáxias, de fato, emitam luz ultravioleta, que a luz possa escapar das galáxias e que ela não seja absorvida pela intervenção de poeira. Os cientistas já sabiam que este método de observação subestima o número de galáxias massivas que eles veem, e faz as descobertas tenderem para as galáxias mais extremas de formação de estrelas, de acordo com o artigo publicado na Nature.

“Como um observador, nada pode ser comparado a descobrir algo novo”

Os pesquisadores identificaram 63 fontes de luz infravermelha que apareceram na câmera de luz infravermelha do Telescópio Espacial Spitzer, mas tinham um comprimento de onda muito longo para o Hubble detectar. Eles então seguiram com o ALMA, que também é sensível a esses comprimentos de onda do infravermelho distante, e confirmaram 39 dessas galáxias massivas existentes em uma época de cerca de 2 bilhões de anos (ou menos) após o Big Bang.

Essas galáxias são importantes, explicou Wang, porque os cientistas anteriormente não conseguiam encontrar candidatos para os progenitores das galáxias mais massivas dos dias atuais. “Nossa descoberta ajudou a responder a essas perguntas, fornecendo evidências de que os progenitores das galáxias mais massivas do universo são em sua maioria empoeirados e permanecem ocultos da luz óptica”, disse ele.

Mas novas questões substituíram questionamentos antigos. Os modelos atuais não conseguem explicar como esses potenciais progenitores de galáxias maciças se formaram tão rapidamente, disse Debra Elmegreen, professora de astronomia da Vassar e que não participou do estudo, ao Gizmodo. “Onde eles estão? Este artigo os encontra. Mas por que eles estão lá então? Nós não sabemos”, disse ela.

ALMA. Foto: Kotaro Kohno

Durante a primeira era do universo, os cientistas pensam que uma coisa misteriosa chamada matéria escura começou a se acumular primeiro, criando a forma de teia do universo. A radiação eletromagnética separou-se da matéria e a matéria começou a se aglomerar nos filamentos e nós dessa teia. As galáxias começaram a se formar a partir desse material acumulado e cresceram absorvendo gás da teia ou colidindo umas com as outras. Mas Elmegreen comparou esse crescimento a um gotejamento, e a descoberta dessas antigas galáxias maciças é como deixar uma torneira pingando e voltar um pouco depois e encontrar a banheira já cheia. Os cientistas simplesmente não acharam que essas grandes galáxias poderiam ter se formado tão rapidamente, com base em sua compreensão de como as galáxias crescem.

Esta descoberta não inclui muito em termos de espectroscopia, os comprimentos de onda específicos da luz que permitem aos cientistas determinar a composição de uma fonte, e ainda restam dúvidas quanto à sua idade exata, explicou Wang. A descoberta deixa os astrônomos com muito trabalho pela frente.

“Os próximos 10 a 20 anos consistirão em tentar entender essas galáxias e reunir como as primeiras galáxias se formaram e do que foram feitas”, disse Joaquin Vieira, professor associado da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, que revisou o artigo, ao Gizmodo.

Este estudo marca uma descoberta oportuna. O Telescópio Espacial James Webb está programado para ser lançado em 2021 e é sensível a esses comprimentos de onda infravermelho, o que o tornará uma ferramenta útil para o entendimento dessas galáxias massivas iniciais.

“O resultado é que quando temos brinquedos maiores com maior capacidade de captação de luz e maior resolução, podemos descobrir mais coisas”, disse Elmegreen ao Gizmodo. “Isso está abrindo a próxima janela”.