As primeiras galáxias do universo eram uma bagunça quente, de acordo com um estudo recente. Durante a sua juventude, eram feixes selvagens e caóticos de gás turbulento, agitados por enormes goles de gás intergaláctico, explosões de formação de estrelas massivas e buracos negros supermassivos furiosos.
A equipa de astrónomos que sugeriu esta ideia, liderada por Lola Dunhaive, da Universidade de Cambridge, apontou recentemente a Telescópio Espacial James Webb (JWST) em 272 pequenas galáxias, datadas entre 800 milhões e 1,5 bilhão de anos após o Big Bang. O universo era ainda muito jovem (em termos astronómicos) quando a luz destas galáxias começou a sua viagem até ao nosso canto do cosmos; agora que esta luz chegou ao olho do JWST, os cientistas viram as galáxias distantes parecendo dramaticamente diferentes dos discos maduros e em rotação tranquila que vemos no universo próximo.
Dunhaive e seus colegas usaram o instrumento NIRCam do JWST para observar como o gás hidrogênio ionizado se movia em cada galáxia. Na maioria dos objetos, em vez de circular o centro da galáxia numa única corrente suave, o gás fluía em todas as direções, criando redemoinhos turbulentos, ondas de choque e aglomerados irregulares de matéria.
As galáxias que podemos ver no universo próximo são mais modernas, e a maioria delas são discos e espirais bem estruturados, onde todo o gás e estrelas se movem na mesma direção em torno do centro – a menos que tenham sofrido uma colisão recente ou quase acidente com outra galáxia, de qualquer maneira. Mas quanto mais os astrônomos olham para trás no tempo, mais complicadas as coisas ficam.
Até as galáxias têm uma era confusa
Dunhaive e os seus colegas descrevem as galáxias no seu estudo como existindo “no início dos discos, onde as galáxias começam a ser sustentadas pela rotação, mas passarão por vários episódios de instabilidade… antes de se estabelecerem nos discos frios que observamos no universo local.” (O mesmo, galáxias. O mesmo.)
O JWST mostrou a Dunhaive e aos seus colegas como era a sua amostra de galáxias distantes quando o Universo tinha entre 800 milhões e 1,5 mil milhões de anos. Isso está perto do final do período conhecido como Amanhecer Cósmico (50 milhões a 1 bilhão de anos após o Big Bang), quando as primeiras estrelas e galáxias se formaram — e logo à beira do período conhecido como Meio-dia Cósmico (2 a 3 mil milhões de anos após o Big Bang), quando explosões de novas estrelas iluminavam o Universo a uma taxa mais elevada do que em qualquer momento anterior ou posterior. As pequenas galáxias confusas em Dunhaive e no estudo dos seus colegas estavam a acelerar a sua formação estelar até aos dramáticos fogos de artifício do meio-dia cósmico, e é em parte por isso que as coisas nessas galáxias eram tão turbulentas.
As estrelas recém-nascidas, assim como os humanos recém-nascidos, são propensas a acessos de raiva. Para uma estrela, isso significa vasculhar o espaço circundante com poderosos ventos estelares de partículas carregadas, juntamente com rajadas de radiação de alta energia, especialmente nos comprimentos de onda ultravioleta. Isso torna o espaço nos berçários estelares (enormes nuvens de gás frio onde novas estrelas se formam) turbulento e caótico. Para aumentar o caos, modelos e observações dizem-nos que naquelas primeiras galáxias, a formação estelar tendia a acontecer em explosões irregulares e dramáticas.
Estas galáxias também estavam a abrir caminho através da adolescência, numa altura em que as nuvens de gás que impregnavam o Universo eram muito mais densas do que são hoje. Afinal, o Universo tem estado a inflar desde o Big Bang, por isso era tecnicamente um lugar muito mais pequeno pouco antes do Meio-dia Cósmico – mas com a mesma quantidade de matéria. Este facto teve um enorme impacto nas galáxias jovens, porque significava que o gás intergaláctico estava a fluir — e por vezes a precipitar-se — para as galáxias jovens, provocando turbulência no processo. E os buracos negros supermassivos no coração de cada galáxia festejavam vorazmente com todo aquele gás e expeliam jatos relativísticos de matéria e radiação.
E a maioria das galáxias no estudo de Dunhaive e dos seus colegas eram minúsculas em comparação com as do nosso Universo próximo: entre 100 milhões e 10 mil milhões de vezes a massa do nosso Sol (a nossa Via Láctea pesa cerca de 1,5 biliões de massas solares).
Isso significa que coisas como buracos negros supermassivos, rios de gás que chegam e explosões de formação estelar tiveram um impacto descomunal na sua estabilidade. Em outras palavras, foi uma época estranha e havia muita coisa acontecendo nessas jovens galáxias.
O que vem a seguir?
Os astrónomos notaram algumas excepções: galáxias primitivas que, por alguma razão enterradas nos processos estocásticos do seu passado, conseguiram recompor-se um pouco mais cedo do que as suas pares. Essas galáxias tendiam a ser maiores do que a média, o que provavelmente as tornava mais resilientes face à perturbação cósmica. Mas a maioria das galáxias no estudo ainda estavam claramente a passar pela sua fase confusa.
Alguns estudos anteriores detectaram alguns desses valores aberrantes galácticos precoces, mas os astrónomos não tinham a certeza se eram normais. Modelos e simulações sugeriram que não deveriam ser; em vez disso, previa-se que as primeiras galáxias seriam uma bagunça turbulenta e desajeitada. Agora, os astrónomos sabem que a realidade confusa das primeiras galáxias parece alinhar-se bem com os modelos matemáticos dos físicos sobre como o Universo funciona.
Para Dunhaive e seus colegas, o próximo passo será combinar as suas recentes observações de gás hidrogénio quente e ionizado com as próximas observações de gás frio e poeira nas mesmas galáxias distantes e primitivas. Isso revelará mais sobre a estrutura e evolução das galáxias.
“Com mais dados, seremos capazes de acompanhar como estes sistemas turbulentos cresceram e se tornaram nas graciosas espirais que vemos hoje”, disse Tacchella.
A equipe publicou as novas descobertas em 22 de outubro na revista Monthly Notices da Royal Astronomical Society.
