Os primeiros resultados do Telescópio Espacial James Webb sugeriram galáxias tão antigas e tão massivas que estão em tensão com a nossa compreensão da formação da estrutura do universo. Várias explicações foram propostas que podem aliviar essa tensão. Mas agora um novo estudo do Cosmic Dawn Center sugere um efeito que nunca havia sido estudado em épocas tão antigas, indicando que as galáxias podem ser ainda mais massivas.
Se você tem acompanhado os primeiros resultados do Telescópio Espacial James Webb, provavelmente já ouviu falar sobre o problema primordial das observações das primeiras galáxias: elas são muito grandes.
Alguns dias após a divulgação das primeiras imagens, e repetidamente nos meses seguintes, surgiram novos relatos de galáxias cada vez mais distantes. Perturbadoramente, várias das galáxias pareciam ser “muito massivas”.
De nosso modelo de concordância atualmente aceito da estrutura e evolução do universo, o chamado modelo ΛCDM, eles simplesmente não deveriam ter tido tempo para formar tantas estrelas.
Embora o ΛCDM não seja um santo graal indestrutível, há muitas razões para esperar uma mudança de paradigma: as épocas medidas em que vemos as galáxias podem ser subestimadas.
Suas massas estelares podem ser superestimadas. Ou poderíamos apenas ter tido sorte e de alguma forma descoberto a mais massiva das galáxias naquela época.
Um olhar mais atento
Mas agora Clara Giménez Arteaga, Ph.D. estudante do Cosmic Dawn Center, propõe um efeito que pode aumentar ainda mais a tensão.
Em essência, a massa estelar de uma galáxia é estimada medindo a quantidade de luz emitida pela galáxia e calculando quantas estrelas são necessárias para emitir essa quantidade. A abordagem usual é considerar a luz combinada de toda a galáxia.
No entanto, observando mais de perto uma amostra de cinco galáxias, observadas com James Webb, Giménez Arteaga descobriu que, se a galáxia for considerada não como uma grande bolha de estrelas, mas como uma entidade formada por múltiplos aglomerados, surge uma imagem diferente.
“Usamos o procedimento padrão para calcular as massas estelares a partir das imagens que James Webb obteve, mas pixel por pixel, em vez de olhar para toda a galáxia”, diz Giménez Arteaga.
“Em princípio, pode-se esperar que os resultados sejam os mesmos: adicionar a luz de todos os pixels e encontrar a massa estelar total, versus calcular a massa de cada pixel e adicionar todas as massas estelares individuais. Mas não são.”
Na verdade, as massas estelares inferidas revelaram-se agora até dez vezes maiores.
A figura abaixo mostra as cinco galáxias com suas massas estelares determinadas por ambos os lados. Se as duas abordagens diferentes concordassem, todas as galáxias estariam ao longo da linha inclinada chamada “A mesma”. Mas todos eles estão acima desta linha.
Brilho ofuscado
Então, qual é a razão pela qual as massas estelares são muito maiores?
Giménez Arteaga explica: “As populações estelares são uma mistura de estrelas pequenas e fracas, por um lado, e estrelas massivas e brilhantes, por outro lado. Se olharmos apenas para a luz combinada, as estrelas brilhantes tenderão a ofuscar completamente as estrelas fracas, deixando-os despercebidos. Nossa análise mostra que aglomerados brilhantes de formação de estrelas podem dominar a luz total, mas a maior parte da massa é encontrada em estrelas menores.”
A massa estelar é uma das principais propriedades usadas para caracterizar uma galáxia, e o resultado de Giménez-Arteaga destaca a importância de ser capaz de resolver as galáxias.
Mas para os mais distantes e fracos, isso nem sempre é possível. O efeito foi estudado antes, mas apenas em épocas muito posteriores na história do universo.
O próximo passo é, portanto, procurar assinaturas que não requeiram alta resolução e que se correlacionem com a “verdadeira” massa estelar.
“Outros estudos em épocas muito posteriores também encontraram essa discrepância. Se pudermos determinar quão comum e severo é o efeito em épocas anteriores e quantificá-lo, estaremos mais perto de inferir massas estelares robustas de galáxias distantes, que é uma das principais desafios atuais do estudo de galáxias no início do universo”, conclui Clara Giménez Arteaga.
O estudo acaba de ser publicado no The Astrophysical Journal.
O modelo ΛCDM
“ΛCDM” – pronuncia-se “Lambda-CDM” – é o apelido dado ao melhor modelo que temos para descrever a estrutura e a evolução do nosso universo. O modelo é baseado em uma das teorias mais bem testadas da física, a teoria da relatividade geral, que descreve como a matéria afeta o espaço e como o espaço afeta a matéria.
Neste modelo, assume-se que o universo consiste principalmente de uma substância desconhecida conhecida como energia escura, denotada pela letra grega Λ, e matéria escura fria (CDM), onde “frio” significa que não se move muito rápido.
ΛCDM tem sido extremamente bem sucedido em descrever e prever numerosos fenômenos. Mas ainda não sabemos o que é matéria e energia escuras, e sabemos que a relatividade geral, apesar de seu sucesso, não é uma teoria completa. Portanto, esperamos que ΛCDM eventualmente seja expandido ou substituído por uma teoria melhor.
Publicado em 28/05/2023 12h17
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