Astrônomos identificaram uma galáxia espiral que se parece strikingly semelhante à Via Láctea em um período do Universo quando tais sistemas organizados não eram esperados. Dois pesquisadores na Índia avistaram essa galáxia estranhamente desenvolvida apenas 1,5 bilhão de anos após o Big Bang, um cronograma que coloca em dúvida as ideias há muito estabelecidas sobre o crescimento das galáxias.
O Telescópio Espacial James Webb da NASA (JWST), que pode detectar luz extremamente fraca e distante, possibilitou essa descoberta. Com sua poderosa visão infravermelha, os pesquisadores Rashi Jain e Yogesh Wadadekar observaram um sistema que se assemelha muito à Via Láctea, mesmo tendo se formado quando o Universo tinha aproximadamente um décimo da sua idade atual. Eles nomearam a galáxia de Alaknanda, inspirados por um rio himalaio que é uma das duas cabeceiras gêmeas do Ganges, ao lado do Mandakini, que também é a palavra em hindi para a Via Láctea.
Este trabalho foi realizado no Centro Nacional de Astrofísica de Rádio do Tata Institute of Fundamental Research (NCRA-TIFR) em Pune, Índia, e os resultados foram publicados na revista europeia Astronomy & Astrophysics.
Por que esta galáxia não deveria existir tão cedo
Os astrônomos geralmente esperam que as galáxias primitivas pareçam caóticas e irregulares, em vez de estruturadas e estáveis. As galáxias espirais clássicas, com dois braços bem definidos (conhecidas como espirais de ‘grande projeto’), são consideradas que requerem vários bilhões de anos para serem completamente desenvolvidas. Formar uma galáxia assim envolve a acreção lenta e constante de gás, o assentamento desse gás em um disco rotativo e o surgimento de ondas de densidade que esculpem os braços espirais. Além disso, o sistema deve evitar colisões maiores que poderiam desestabilizar ou destruir sua frágil estrutura.
Alaknanda não se encaixa nesse padrão. Ela já exibe dois braços proeminentes e curvos que cercam um bulbo central brilhante, estendendo-se por cerca de 30.000 anos-luz. Também está formando estrelas em um ritmo excepcional, criando a massa equivalente a cerca de 60 sóis a cada ano. Essa taxa é cerca de 20 vezes mais rápida do que a da Via Láctea atualmente. Aproximadamente metade das estrelas em Alaknanda parecem ter se formado em apenas 200 milhões de anos, o que é extremamente rápido em escalas de tempo cósmicas.
“Alaknanda tem a maturidade estrutural que associamos a galáxias que são bilhões de anos mais velhas,” diz Rashi Jain. “Encontrar um disco espiral tão bem organizado neste período nos diz que os processos físicos que conduzem a formação de galáxias — acreção de gás, assentamento de disco e possivelmente o desenvolvimento de ondas de densidade espiral — podem operar de forma muito mais eficiente do que os modelos atuais preveem. Isso nos obriga a repensar nossa estrutura teórica.”
Como a lente gravitacional ajudou a revelar Alaknanda
Alaknanda aparece na direção de um enorme aglomerado de galáxias conhecido como Abell 2744, ou Aglomerado Pandora. A gravidade do aglomerado dobra e amplifica a luz das galáxias atrás dele, um efeito chamado de lente gravitacional. Essa amplificação natural fez com que Alaknanda aparecesse cerca de duas vezes mais brilhante, oferecendo ao JWST uma visão mais clara de sua estrutura espiral.
Para estudar a galáxia em detalhes, Jain e Wadadekar examinaram imagens do JWST tiradas através de até 21 filtros diferentes, cada um capturando uma fatia separada de sua luz. Essas observações, que fazem parte das pesquisas UNCOVER e MegaScience do JWST, permitiram que os pesquisadores determinassem a distância da galáxia, a quantidade de poeira que contém, quantas estrelas formou e como sua taxa de formação estelar mudou ao longo do tempo com uma precisão incomum.
Um universo que cresceu mais rápido do que o esperado
O JWST já revelou várias galáxias de disco surpreendentemente maduras a grandes distâncias, mas Alaknanda se destaca como um dos exemplos mais claros de uma espiral clássica de grande projeto (uma galáxia com dois braços simétricos bem definidos). Sua existência contribui para a crescente evidência de que o Universo primitivo era muito mais avançado do que os cientistas pensavam anteriormente.
“Alaknanda revela que o Universo primitivo foi capaz de uma montagem de galáxias muito mais rápida do que antecipávamos,” diz Yogesh Wadadekar. “De alguma forma, esta galáxia conseguiu reunir dez bilhões de massas solares de estrelas e organizá-las em um belo disco espiral em apenas algumas centenas de milhões de anos. Isso é extraordinariamente rápido em padrões cósmicos e obriga os astrônomos a repensar como as galáxias se formam.”
Os pesquisadores agora querem entender o que criou os braços espirais de Alaknanda. Uma ideia é que fluxos constantes de gás frio permitiram que ondas de densidade moldassem naturalmente os braços. Outra possibilidade é que uma galáxia companheira menor passou perto o suficiente para desencadear o padrão espiral, embora tais espirais de maré geralmente desapareçam rapidamente. Observações de acompanhamento utilizando os instrumentos espectroscópicos do JWST ou o Atacama Large Millimeter Array (ALMA) no Chile podem revelar se o disco rota suavemente (dinamicamente “frio”) ou mostra sinais de turbulência (dinamicamente “quente”), fornecendo pistas sobre sua formação.
O que esta descoberta significa para a compreensão da história cósmica
Alaknanda é mais do que uma imagem impressionante do passado distante. Sua presença força os astrônomos a reavaliar o cronograma da evolução cósmica, incluindo como estrelas, galáxias e, por fim, planetas como a Terra vieram a existir. Se as galáxias puderam se organizar tão rapidamente, então o Universo primitivo foi um ambiente muito mais ativo e produtivo do que o assumido anteriormente, potencialmente permitindo que sistemas planetários emergissem antes do esperado.
À medida que o JWST continua a explorar mais profundamente no espaço e no tempo, é provável que mais galáxias como Alaknanda sejam encontradas, cada uma oferecendo novos insights sobre quão rapidamente o Universo primitivo construiu estruturas complexas.
A existência de Alaknanda reforça a ideia de que o jovem Universo era capaz de formar sistemas dominados por discos estáveis muito antes do que os cientistas acreditavam, tornando-se uma das galáxias espirais de grande projeto mais distantes já identificadas.
