Astrofísicos da Universidade Hebraica de Jerusalém publicaram um novo modelo teórico que resolve o mistério da formação das primeiras galáxias massivas do universo, em Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. As descobertas explicam naturalmente observações recentes realizadas com o Telescópio Espacial James Webb (James Webb), que revelou um surpreendente excesso de galáxias massivas no universo – já no primeiro meio bilhão de anos após o Big Bang – ao contrário da teoria comumente aceita.
O telescópio James Webb foi lançado ao espaço no final de 2021 e começou a produzir imagens de galáxias distantes já em julho de 2022. Os pesquisadores descobriram inesperadamente um excesso de galáxias massivas no universo primitivo em comparação com o número de galáxias esperado de acordo com a teoria comum.
Segundo o modelo proposto pelos pesquisadores, as condições especiais que prevaleciam nas galáxias primordiais, de alta densidade e baixa abundância de elementos pesados, permitiram a formação de estrelas com alta eficiência sem interferência de outras estrelas. A equipe de pesquisa do Instituto Racah de Física da Universidade Hebraica foi liderada pelo professor Avishai Dekel com o Dr. Kartick Sarkar, o professor Yuval Birnboim, o Dr. Nir Mandelker e o Dr. Zhaozhou Li.
“Já no primeiro meio bilhão de anos, os pesquisadores identificaram galáxias que contêm cerca de dez bilhões de estrelas como o nosso sol”, compartilha o professor Dekel. “Esta descoberta surpreendeu os pesquisadores que tentaram identificar explicações plausíveis para o quebra-cabeça, variando desde a possibilidade de que a estimativa observacional do número de estrelas nas galáxias seja exagerada, até sugerindo a necessidade de mudanças críticas no modelo cosmológico padrão do Big Bang. ”
De acordo com a teoria predominante da formação de galáxias, a gravidade faz com que o gás espalhado no universo colapse nos centros de gigantescas nuvens esféricas de matéria escura, onde se torna estrelas luminosas, como o sol. No entanto, a teoria e as observações até o momento mostraram que a eficiência da formação de estrelas nas galáxias é baixa, com apenas cerca de 10% do gás que cai nas nuvens se tornando estrelas.
A ineficiência é causada pelo aquecimento do gás remanescente ou expulsão das galáxias sob a influência de ventos e explosões de supernovas das estrelas que conseguem se formar primeiro. Isso contradiz as indicações recentes do James Webb de grandes quantidades de estrelas criadas em um curto espaço de tempo.
Neste estudo, o professor Dekel e sua equipe propõem um processo denominado “estrela sem feedback” (FFB), que naturalmente explica o mistério. Sob as condições únicas prevalecentes nas primeiras galáxias, o gás transforma-se eficientemente em estrelas sem ser interrompido por processos de retroalimentação. Essa ideia é baseada em um atraso de mais de um milhão de anos entre a formação de estrelas massivas e suas subsequentes explosões como supernovas.
Antes do enriquecimento do gás por elementos pesados produzidos nas estrelas, os pesquisadores sugerem que as nuvens formadoras de estrelas no denso universo primitivo tinham uma densidade acima de um limiar que permitia o rápido colapso do gás em estrelas dentro da “janela de oportunidade” de um milhões de anos. Este processo de formação estelar de alta eficiência na ausência de feedback explica o excesso observado de galáxias massivas.
“A publicação desta pesquisa marca um importante passo em nossa compreensão da formação de galáxias massivas primordiais no universo e, sem dúvida, desencadeará mais pesquisas e descobertas”, conclui o professor Dekel. “As previsões deste modelo serão testadas usando as novas observações acumuladas do Telescópio Espacial da Web, onde parece que algumas dessas previsões já foram confirmadas.”
Dekel acrescenta que implicações importantes do cenário FFB proposto serão investigadas em estudos futuros. Estes incluem a formação eficiente de buracos negros de sementes de mil massas solares nos centros dos aglomerados formadores de estrelas FFB, que são a chave para explicar os buracos negros surpreendentemente supermassivos de um bilhão de massas solares vistos em centros de galáxias meia bilhões de anos depois.
Publicado em 09/06/2023 09h50
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