Um aglomerado denso e brilhante de estrelas quentes e massivas numa galáxia que existiu 1,4 mil milhões de anos após o Big Bang foi encontrado ajudando a acabar com os dias nebulosos do Universo primitivo, durante os quais o gás hidrogénio neutro se espalhava pelo cosmos, obscurecendo a luz ultravioleta dos objectos luminosos.
O aglomerado foi encontrado emitindo luz ultravioleta em uma galáxia pequena, mas em rápido crescimento, pelo Telescópio Espacial Hubble. A presença desta luz ultravioleta e a estrelaA história de formação do aglomerado que o produziu sugere que as explosões de formação estelar contribuíram para ondas de radiação ionizante que gradualmente eliminaram o hidrogênio neutro opaco.
No rescaldo do Big Bango universo estava cheio de gás hidrogênio neutro que é opaco em comprimentos de onda curtos de luz, como o ultravioleta. No entanto, esta luz ultravioleta era o pior inimigo do hidrogénio neutro, ionizando gradualmente o gás em todo o universo. Uma vez ionizado, o gás hidrogénio não consegue absorver a luz ultravioleta – e assim, o cosmos tornou-se transparente nesses comprimentos de onda.
Por causa disso, os primeiros bilhões de anos são chamados de Época da Reionização. É referido como “reionização” em vez de ionização porque, tecnicamente, o gás já tinha sido ionizado uma vez antes, durante os primeiros 379 mil anos após o Big Bang.
Ao investigarem o que provocou esta época, os astrónomos identificaram dois principais suspeitos que poderiam ter produzido quantidades suficientes de luz ultravioleta para ionizar o hidrogénio neutro. Um está ativo buracos negros supermassivos e o outro são as primeiras gerações de estrelas quentes e massivas. O problema é que, dado que o hidrogénio neutro é capaz de absorver a luz ultravioleta, os astrónomos têm tido dificuldade em rastrear esse ultravioleta até à sua fonte e identificar quais dos dois suspeitos são os principais culpados.
Em 2023 o Telescópio Espacial James Webb (JWST) fez um grande avanço, encontrando um galáxia que existiu apenas 900 milhões de anos após o Big Bang e que produzia energia suficiente para ionizar o gás neutro que o rodeava.
Agora, o Telescópio Espacial Hubble foi mais longe, detectando luz ultravioleta de uma galáxia chamada MXDFz4.4. Esta luz ultravioleta só deveria ser visível se o gás circundante já tivesse sido ionizado.
“Pensava-se que observar uma galáxia como esta era impossível,” disse Ilias Goovaerts do Instituto Científico do Telescópio Espacial (STScI) em Baltimore, que liderou a descoberta, num discurso declaração. “Os investigadores esperavam que a ‘névoa’ de hidrogénio neutro que enchia o Universo primitivo fosse demasiado espessa e obscurecesse a nossa visão da sua luz ionizante. O Hubble não só detectou essa luz, mas também ajudou a revelar detalhes incríveis sobre as características da galáxia.”
MXDFz4.4 foi identificado pela primeira vez no MUSE eXtremely Deep Field (MXDF), com MUSE sendo o Explorador Espectroscópico Multi Unidade no Observatório Europeu do Sul Telescópio muito grande no Chile. A parte “z4.4” do seu nome diz-nos que a galáxia existe a uma velocidade desvio para o vermelho de 4,4, o que significa que existia há 12,37 bilhões de anos. À medida que o universo se expandiu desde então, a luz ultravioleta foi desviada para o vermelho em comprimentos de onda visíveis que foram detectados pelo Hubble.
“Os astrônomos encontraram muitas galáxias que existiam neste ponto da história do universo, mas não detectamos fótons ionizantes de nenhuma delas, tornando o MXDFz4.4 único”, disse Marc Rafelski, vice-chefe da missão do Hubble no STScI.
MXDFz4.4 é 100 vezes menor que nosso Galáxia Via Láctea mas está formando estrelas dez vezes mais rápido que a nossa galáxia. Muitas dessas estrelas estão nascendo no denso e luminoso conjunto produzindo o ultravioleta ionizante.
O aglomerado contém “muitas estrelas jovens, quentes e massivas em um espaço pequeno (que) fazem um trabalho melhor ao explodir gás opaco”, disse Goovaerts.
Além disso, ao comparar as observações do Hubble do MXDFz.4.4 com as do JWST, que investigou estrelas mais frias e mais antigas na galáxia, Goovaerts e a equipa de Rafelski descobriram que as estrelas do aglomerado se formaram em explosões, cada explosão produzindo novas quantidades de radiação ultravioleta ionizante que ajudou a eliminar cada vez mais o gás neutro ao longo do tempo. Vemos agora a galáxia cerca de 250 milhões de anos depois de ter terminado a reionização do gás circundante. Estas estrelas quentes e massivas do aglomerado terminam as suas vidas após alguns milhões de anos, como supernova explosões, as ondas de choque e a radiação que podem criar bolhas no gás anos-luz do outro lado, criando novos caminhos para a luz ultravioleta escapar e ser detectada pelo Hubble.
As observações parecem firmar a teoria de que aglomerados de estrelas quentes, massivas e luminosas em galáxias jovens no universo primitivo desempenharam um papel dominante na ionização do gás neutro do universo.
“As observações do Hubble sobre o MXDFz4.4 permitiram-nos testar as nossas hipóteses muito mais perto da Era da Reionização do que nunca,” disse Rafelski. “Encontrar mais galáxias, especialmente em épocas cósmicas ligeiramente posteriores, onde amostras maiores estão ao nosso alcance, permitir-nos-ia refinar estas medições e descobrir o que clareou a nossa visão quando essa era estava a terminar.”
Os resultados foram publicados em 23 de junho em O Jornal Astrofísico.
