KOJIMA ET AL / REVISTA ASTROFÍSICA 2020, OBSERVATÓRIO ASTRONÔMICO NACIONAL DO JAPÃO
A galáxia intocada fornece um vislumbre das condições que prevaleciam no início do universo
A galáxia de formação de estrelas mais pobre em oxigênio já encontrou indícios de que as primeiras galáxias a surgir após o nascimento do universo brilhavam com estrelas supermassivas que deixaram para trás grandes buracos negros.
Essas galáxias são raras agora porque quase assim que uma galáxia inicia a formação de estrelas, estrelas massivas produzem grandes quantidades de oxigênio, que é o elemento mais abundante no cosmos depois do hidrogênio e do hélio. Os astrônomos valorizam as poucas galáxias encontradas perto de casa porque oferecem um vislumbre de como eram as condições no início do universo, antes que as estrelas produzissem muito oxigênio.
A proporção de oxigênio para hidrogênio da nova galáxia – uma medida padrão da abundância relativa de oxigênio no cosmos – está bem abaixo de 2 por cento da do sol, relataram os pesquisadores em um artigo publicado no Astrophysical Journal e publicado online em 22 de março em arXiv.org .
“É muito difícil pegar um objeto tão raro”, diz o astrofísico Takashi Kojima, que, junto com colegas, fez a descoberta enquanto estava na Universidade de Tóquio.
Batizada de HSC J1631 + 4426, a galáxia que quebrou recorde, encontrada usando o telescópio Subaru no Havaí, está a 430 milhões de anos-luz da Terra na constelação de Hércules. A galáxia é uma anã, com muito menos estrelas para criar oxigênio do que a Via Láctea. Essas relativamente poucas estrelas deram ao runt apenas uma pitada de oxigênio: um átomo de oxigênio para cada 126.000 átomos de hidrogênio. Isso é apenas 1,2 a 1,6 por cento do nível de oxigênio do sol.
“Qualquer nova galáxia é boa”, diz Trinh Thuan, astrônomo da Universidade da Virgínia em Charlottesville que ajudou a encontrar o campeão anterior há quatro anos. “Estamos contando o número de [galáxias muito pobres em oxigênio] na palma da nossa mão.” A proporção de oxigênio para hidrogênio da nova galáxia é 83 por cento daquela do detentor do recorde anterior, J0811 + 4730, que está a 620 milhões de anos-luz de distância na constelação de Lynx.
NASA, ESA, A. ALOISI / SPACE TELESCOPE SCIENCE INSTITUTE AND EUROPEAN SPACE AGENCY.
Em HSC J1631 + 4426, Kojima e seus colegas também encontram abundâncias estranhas de outro elemento químico: ferro. Embora a quantidade total de ferro na galáxia seja baixa, “descobrimos que a proporção de abundância de ferro para oxigênio é surpreendentemente alta”, diz ele.
O mesmo padrão também aparece na galáxia pobre em oxigênio em Lynx. Em contraste, as estrelas antigas da Via Láctea geralmente têm pouco ferro em relação ao oxigênio. Isso ocorre porque as estrelas recém-nascidas obtêm a maior parte de seu ferro das explosões de estrelas de vida longa. Essas explosões não haviam ocorrido quando as estrelas mais antigas da Via Láctea se formaram. Mas nas duas galáxias quase intocadas, a quantidade de ferro em relação ao oxigênio é tão alta quanto a do sol, que adquiriu grandes quantidades de ambos os elementos de gerações anteriores de estrelas.
“Este é um padrão muito incomum e não é óbvio como explicá-lo”, diz Volker Bromm, um astrofísico da Universidade do Texas em Austin que não esteve envolvido com a descoberta.
Pouco antes de Kojima obter seu Ph.D. em 2020, ele descobriu uma possível explicação: estrelas de grande massa em densos aglomerados de estrelas se fundiram para formar golias estelares com mais de 300 vezes a massa do sol. Essas estrelas explodiram e inundaram suas casas galácticas com ferro e oxigênio, levando a altas taxas de ferro para oxigênio nas duas galáxias primitivas, bem como uma fonte do pouco oxigênio que existe lá.
Nenhuma estrela com essa massa é conhecida na moderna Via Láctea. Mas Kojima diz que sua presença nas duas galáxias produtoras de estrelas mais pobres em oxigênio sugere que as galáxias primordiais também as tinham.
Quando as estrelas morreram, deveriam ter deixado para trás buracos negros de massa intermediária, que são mais de 100 vezes mais massivos que o Sol. Isso é cerca de 10 vezes mais massivo que os buracos negros típicos, que podem se formar quando estrelas brilhantes morrem.
A equipe de Kojima vê evidências para esses grandes buracos negros na galáxia recém-descoberta. O gás girando em torno desses grandes buracos negros deve ficar tão quente que emite fótons de alta energia, ou partículas de luz. Por causa de sua alta energia, esses fótons rasgariam elétrons até mesmo de átomos de hélio, que se agarram firmemente a seus elétrons e transformam os átomos em íons carregados positivamente. Com certeza, a galáxia em Hércules emite um comprimento de onda de luz azul que vem exatamente desses íons de hélio.
A galáxia recorde é “uma prévia emocionante do que está por vir”, diz Bromm. Nos próximos anos, diz ele, serão abertos telescópios enormes que encontrarão galáxias ainda mais extremas. “Então teremos uma maneira maravilhosamente complementar de aprender sobre o universo primitivo.”
Publicado em 11/04/2021 18h59
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