Astrônomos que usam o Telescópio Espacial James Webb (JWST) conseguiram obter a visão mais clara até agora de como as galáxias se formaram apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang. As observações revelam que essas galáxias precoces eram muito mais desordenadas e turbulentas do que as espirais graciosas que vemos pelo cosmos hoje.
Comandada por pesquisadores da Universidade de Cambridge, a equipe examinou mais de 250 galáxias jovens que existiram quando o universo tinha entre 800 milhões e 1,5 bilhões de anos. Ao rastrear o movimento do gás dentro desses sistemas, eles descobriram que a maioria era altamente instável, cheia de aglomerados de gás e estrelas em vez dos discos suaves e rotativos observados em galáxias maduras como a Via Láctea.
Do Caos Cósmico à Ordem
As descobertas, publicadas na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, sugerem que as galáxias passaram lentamente de estruturas caóticas para estruturas estáveis à medida que o universo evoluía. Durante os estágios iniciais da história cósmica, a intensa formação de estrelas e as forças gravitacionais agitaram o gás de tal maneira que muitas galáxias tiveram dificuldade em se estabilizar em uma rotação constante.
“Não vemos apenas alguns outliers espetaculares – esta é a primeira vez que conseguimos observar toda uma população de uma só vez”, disse a autora principal Lola Danhaive do Instituto Kavli de Cosmologia de Cambridge. “Encontramos uma enorme variação: algumas galáxias estão começando a se estabelecer em uma rotação ordenada, mas a maioria ainda é caótica, com gás disperso e se movendo em todas as direções.”
Para investigar essas galáxias distantes, os pesquisadores usaram o instrumento NIRCam do JWST em um modo “grism” especializado que registra a luz fraca do gás hidrogênio ionizado. Danhaive desenvolveu um novo software para decifrar os complexos dados, ligando-os a imagens de outras pesquisas do JWST para rastrear como o gás estava se movendo dentro de cada galáxia.
“Resultados anteriores sugeriram discos massivos e bem ordenados se formando muito cedo, o que não se encaixava em nossos modelos”, disse o coautor Dr. Sandro Tacchella do Instituto Kavli e do Laboratório Cavendish. “Mas ao olhar para centenas de galáxias com massas estelares mais baixas em vez de apenas uma ou duas, vemos o quadro maior, e está muito mais alinhado com a teoria. As galáxias iniciais eram mais turbulentas, menos estáveis, e cresceram por meio de fusões frequentes e explosões de formação estelar.”
Conectando Eras Cósmicas
“Este trabalho ajuda a preencher a lacuna entre a época da reionização e o chamado meio cósmico, quando a formação de estrelas atingiu seu pico”, disse Danhaive, que também é afiliada ao Laboratório Cavendish. “Ele mostra como os blocos de construção das galáxias gradualmente passaram de aglomerados caóticos para estruturas ordenadas, e como galáxias como a Via Láctea se formaram.”
O estudo destaca como o JWST está permitindo que os astrônomos estudem a dinâmica das galáxias em um nível de detalhe sem precedentes. Pesquisas futuras combinarão essas descobertas com observações de gás e poeira frios para criar uma compreensão mais completa de como as primeiras galáxias do universo se uniram.
“Isto é apenas o começo”, disse Tacchella. “Com mais dados, seremos capazes de rastrear como esses sistemas turbulentos cresceram e se tornaram as espirais graciosas que vemos hoje.”
A pesquisa foi apoiada pela Royal Society, pela União Europeia e pelo Conselho de Ciência e Tecnologia (STFC), parte da Pesquisa e Inovação do Reino Unido (UKRI). O JWST é uma colaboração internacional entre a NASA, a ESA e a Agência Espacial Canadense (CSA). Os dados foram coletados através da Pesquisa Avançada de Galáxias Extragalácticas do JWST (JADES). Sandro Tacchella é Fellow do St Edmund’s College, Cambridge, e Lola Danhaive é estudante de PhD no Centro de Treinamento Doutoral (CDT) em Ciência de Dados Intensiva.