doi.org/10.1038/s41550-023-02179-3
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#Galáxias
Uma das principais missões do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA é sondar o Universo primordial. Agora, a resolução e sensibilidade incomparáveis do instrumento NIRCam d James Webb revelaram, pela primeira vez, o que existe no ambiente local das galáxias no Universo muito primitivo. Isto resolveu um dos mistérios mais intrigantes da astronomia – a razão pela qual os astrônomos detectam luz proveniente de átomos de hidrogénio que deveriam ter sido totalmente bloqueados pelo gás primitivo que se formou após o Big-Bang. Estas novas observações do James Webb encontraram objetos pequenos e tênues em torno das próprias galáxias que mostram a “inexplicável” emissão de hidrogénio. Em conjunto com simulações de última geração de galáxias no Universo primordial, as observações mostraram que a fusão caótica destas galáxias vizinhas é a fonte desta emissão de hidrogénio.
A luz viaja a uma velocidade finita (300 000 quilómetros por segundo), o que significa que quanto mais longe uma galáxia está, mais tempo a luz demora para chegar ao nosso Sistema Solar. Como resultado, as observações das galáxias mais distantes não só sondam os confins do Universo, mas também nos permitem estudar o Universo como era no passado. Para estudar o Universo primitivo, os astrônomos necessitam de telescópios excepcionalmente poderosos, capazes de observar galáxias muito distantes – e, portanto, muito tênues. Uma das principais capacidades do James Webb é a sua capacidade de observar essas galáxias muito distantes e, portanto, de sondar a história inicial do Universo. Uma equipe internacional de astrônomos fez excelente uso da incrível capacidade d James Webb na resolução de um mistério de longa data na astronomia.
As primeiras galáxias eram locais de formação estelar vigorosa e ativa e, como tal, eram fontes ricas de um tipo de luz emitida por átomos de hidrogénio chamada emissão Lyman-α. No entanto, durante a época da reionização, uma imensa quantidade de gás hidrogénio neutro rodeou estas áreas de formação estelar ativa (também conhecidas como berçários estelares). Além disso, o espaço entre as galáxias foi preenchido por mais deste gás neutro do que é o caso atual. O gás pode absorver e dispersar de forma muito eficaz este tipo de emissão de hidrogénio, pelo que os astrônomos previram há muito tempo que a abundante emissão de Lyman-α libertada no Universo muito primitivo não deveria ser observável atualmente. No entanto, esta teoria nem sempre resistiu a um exame minucioso, uma vez que exemplos de emissões muito precoces de hidrogénio foram previamente observados por astrônomos. Isto apresentou um mistério: como é que esta emissão de hidrogénio – que há muito deveria ter sido absorvida ou espalhada – está sendo observada? O pesquisador da Universidade de Cambridge e investigador principal do novo estudo, Callum Witten, elabora:
“Uma das questões mais intrigantes que as observações anteriores apresentaram foi a detecção de luz proveniente de átomos de hidrogénio no Universo primitivo, que deveria ter sido totalmente bloqueada pelo gás neutro primitivo que se formou após o Big-Bang. Muitas hipóteses foram sugeridas anteriormente para explicar a grande fuga desta emissão ‘inexplicável’.”
O avanço da equipe veio graças à extraordinária combinação de resolução angular e sensibilidade d James Webb. As observações com o instrumento NIRCam do James Webb foram capazes de resolver galáxias menores e mais fracas que circundam as galáxias brilhantes nas quais a “inexplicável” emissão de hidrogênio foi detectada. Por outras palavras, os arredores destas galáxias parecem ser um local muito mais movimentado do que pensávamos anteriormente, cheio de galáxias pequenas e tênues. Crucialmente, estas galáxias mais pequenas estavam a interagir e a fundir-se umas com as outras, o James Webb revelou que as fusões de galáxias desempenham um papel importante na explicação da emissão misteriosa das primeiras galáxias. Sergio Martin-Alvarez, membro da equipe da Universidade de Stanford, acrescenta:
“Onde o Hubble estava a ver apenas uma grande galáxia, o James Webb vê um aglomerado de galáxias mais pequenas em interação, e esta revelação teve um enorme impacto na nossa compreensão da emissão inesperada de hidrogénio de algumas das primeiras galáxias.”
A equipe então usou simulações computacionais de última geração para explorar os processos físicos que poderiam explicar seus resultados. Eles descobriram que o rápido aumento de massa estelar através de fusões de galáxias levou a uma forte emissão de hidrogénio e facilitou a fuga dessa radiação através de canais livres do abundante gás neutro. Assim, a elevada taxa de fusão das galáxias mais pequenas, anteriormente não observadas, apresentou uma solução convincente para o enigma de longa data da “inexplicável” emissão inicial de hidrogénio.
A equipe está planejando observações de acompanhamento com galáxias em vários estágios de fusão, a fim de continuar a desenvolver a sua compreensão de como a emissão de hidrogénio é ejetada destes sistemas em mudança. Em última análise, isto permitir-lhes-á melhorar a nossa compreensão da evolução das galáxias.
Publicado em 23/01/2024 14h50
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