Os astrónomos usaram o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA/ESA para observar o crescimento “de dentro para fora” de uma galáxia no Universo primitivo, apenas 700 milhões de anos após o Big Bang.
Esta galáxia é cem vezes menor que a Via Láctea, mas é surpreendentemente madura para tão cedo no universo. Tal como uma grande cidade, esta galáxia tem uma densa coleção de estrelas no seu núcleo, mas torna-se menos densa nos “subúrbios” galácticos. E tal como uma grande cidade, esta galáxia está a começar a expandir-se, com a formação de estrelas a acelerar nos arredores.
Esta é a primeira detecção de crescimento galáctico de dentro para fora. Até Webb, não tinha sido possível estudar o crescimento das galáxias tão cedo na história do universo. Embora as imagens obtidas com Webb representem um instantâneo no tempo, os investigadores, liderados pela Universidade de Cambridge, afirmam que estudar galáxias semelhantes pode ajudar-nos a compreender como se transformam de nuvens de gás nas estruturas complexas que observamos hoje. Os resultados são relatados na revista Astronomia da Natureza.
“A questão de como as galáxias evoluem ao longo do tempo cósmico é importante na astrofísica”, disse o coautor principal, Dr. Sandro Tacchella, do Laboratório Cavendish de Cambridge. “Tivemos muitos dados excelentes dos últimos dez milhões de anos e de galáxias no nosso canto do Universo, mas agora com o Webb, podemos obter dados observacionais de milhares de milhões de anos atrás no tempo, investigando os primeiros mil milhões de anos de existência cósmica. história, que abre todos os tipos de novas questões.”
As galáxias que observamos hoje crescem através de dois mecanismos principais: ou atraem, ou acumulam, gás para formar novas estrelas, ou crescem fundindo-se com galáxias menores. Se diferentes mecanismos funcionavam no Universo primitivo é uma questão em aberto que os astrónomos esperam abordar com Webb.
“Esperamos que as galáxias comecem pequenas à medida que as nuvens de gás colapsam sob a sua própria gravidade, formando núcleos muito densos de estrelas e possivelmente buracos negros,” disse Tacchella. “À medida que a galáxia cresce e a formação de estrelas aumenta, é como um patinador giratório: à medida que o patinador puxa seus braços, eles ganham impulso e giram cada vez mais rápido. As galáxias são um tanto semelhantes, com o gás se acumulando posteriormente a partir de maiores e mais rápidos. distâncias maiores giram a galáxia, e é por isso que muitas vezes formam formas espirais ou de disco.”
Esta galáxia, observada como parte da colaboração JADES (JWST Advanced Extragalactic Survey), está formando estrelas ativamente no universo primitivo. Tem um núcleo altamente denso que, apesar da sua idade relativamente jovem, tem uma densidade semelhante à das actuais galáxias elípticas massivas, que têm 1000 vezes mais estrelas. A maior parte da formação estelar ocorre mais longe do núcleo, com um “aglomerado” de formação estelar ainda mais distante.
A atividade de formação estelar está aumentando fortemente em direção à periferia, à medida que a formação estelar se espalha e a galáxia cresce. Esse tipo de crescimento já havia sido previsto com modelos teóricos, mas com Webb agora é possível observá-lo.
“Uma das muitas razões pelas quais Webb é tão transformador para nós, como astrónomos, é que agora somos capazes de observar o que tinha sido previsto anteriormente através de modelação,” disse o co-autor William Baker, candidato a doutoramento no Cavendish. “É como poder verificar seu dever de casa.”
Usando Webb, os investigadores extraíram informações da luz emitida pela galáxia em diferentes comprimentos de onda, que depois utilizaram para estimar o número de estrelas mais jovens versus estrelas mais velhas, o que é convertido numa estimativa da massa estelar e da taxa de formação estelar.
Como a galáxia é tão compacta, as imagens individuais da galáxia foram “modeladas adiante” para levar em conta os efeitos instrumentais. Usando modelos de população estelar que incluem prescrições para emissão de gás e absorção de poeira, os investigadores encontraram estrelas mais antigas no núcleo, enquanto o componente do disco circundante está em formação estelar muito ativa. Esta galáxia duplica a sua massa estelar na periferia aproximadamente a cada 10 milhões de anos, o que é muito rápido: a Via Láctea duplica a sua massa apenas a cada 10 mil milhões de anos.
A densidade do núcleo galáctico, bem como a elevada taxa de formação estelar, sugerem que esta jovem galáxia é rica no gás necessário para formar novas estrelas, o que pode reflectir diferentes condições no Universo primitivo.
“É claro que esta é apenas uma galáxia, por isso precisamos de saber o que as outras galáxias estavam a fazer na altura,” disse Tacchella. “Todas as galáxias eram como esta? Estamos agora a analisar dados semelhantes de outras galáxias. Ao observar diferentes galáxias ao longo do tempo cósmico, poderemos ser capazes de reconstruir o ciclo de crescimento e demonstrar como as galáxias crescem até ao seu tamanho final hoje.”
Referência:
William M. Baker, Sandro Tacchella, et al. 'Um núcleo num disco de formação estelar como evidência de crescimento de dentro para fora no Universo primordial.' Astronomia da Natureza (2024). DOI: 10.1038/s41550'024 -02384-8
