Um aglomerado aparentemente impossível de mais de 30 galáxias comprimidas num volume de apenas 500.000 anos-luz de diâmetro foi encontrado no Universo apenas 1,4 mil milhões de anos após o Big Bang — e com uma temperatura que quebra todas as regras.
A descoberta, feita por astrônomos usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array do Chile (ALMA), do galáxia O aglomerado denominado SPT2349-56 desafia nossa compreensão da rapidez com que as galáxias e os aglomerados de galáxias foram capazes de se formar.
Os aglomerados de galáxias são preenchidos com uma névoa de gás quente que chamamos de meio intraaglomerado – o que Dazhi Zhou, que é candidato a doutorado na Universidade da Colúmbia Britânica, no Canadá e principal autor do artigo que descreve as descobertas, chama de “atmosfera” de um aglomerado de galáxias. Na maioria dos aglomerados, o meio intracluster pode atingir dezenas ou mesmo centenas de milhões de graus Celsius.
Os astrofísicos pensavam que seriam necessários muitos milhares de milhões de anos para que o meio intra-aglomerado se tornasse tão quente, mas SPT2349-56 sugere o contrário.
“Não esperávamos ver uma atmosfera de aglomerado tão quente tão cedo na história cósmica”, disse Zhou. “Este gás é pelo menos cinco vezes mais quente do que o previsto, e ainda mais quente e energético do que o que encontramos em muitos aglomerados atuais.”
A temperatura média intraaglomerado de SPT2349-56 foi medida indiretamente através do chamado efeito Sunyaev-Zeldovich, em que aglomerados de galáxias deixam sua marca no fundo cósmico de microondas radiação (CMB), que é o calor restante do Big Bang. À medida que os fótons CMB entram no aglomerado, eles ganham um aumento de energia ao se espalharem. elétrons dentro do meio intra-cluster. Quanto mais quente o meio, mais os elétrons se movem e, portanto, maior é o aumento de energia que eles passam para os fótons CMB quando os fótons interagem com os elétrons. Este aumento de energia pode então ser visto no CMB correspondente à localização de um determinado cluster.
Aglomerados mais distantes que existiram antes no universo do que SPT2349-56 foram descobertos anteriormente. Por exemplo, em 2019, os astrônomos que usaram o Gemini, Keck e os telescópios Subaru identificaram um aglomerado chamado z660D (o número em seu nome refere-se ao seu desvio para o vermelho) que vemos como existia há 13 mil milhões de anos, 770 milhões de anos após o Big Bang. Em 2023 o Telescópio Espacial James Webb (JWST) encontrou um aglomerado ainda anterior, A2744z7p9OD, apenas 650 milhões de anos após o Big Bang.
A diferença entre estes aglomerados e o SPT2349-56 é que os primeiros aglomerados são designados como ‘protoaglomerados’, o que significa que ainda não estão totalmente ligados gravitacionalmente. De acordo com nossos melhores modelos de como os aglomerados de galáxias se formam, o gás no meio intra-aglomerado é aquecido pelo colapso dinâmico das galáxias em um estado estável e gravitacionalmente ligado.
Como tal, estes protoaglomerados ainda não têm altas temperaturas médias intra-aglomerados e os modelos sugerem que não atingirão altas temperaturas durante muitos milhares de milhões de anos. SPT2349-56, por outro lado, parece ter corrido em frente, sugerindo que os nossos modelos de como os enxames de galáxias crescem e se tornam tão quentes estão incompletos.
O que o SPT2349-56 e os protoclusters anteriores têm em comum é frenético estrela formação. O tamanho de SPT2349-56 é aproximadamente o mesmo do halo de estrelas antigas e matéria escura que envolve o nosso Galáxia Via Lácteaentão as 30 ou mais galáxias membros do SPT2349-56 são pequenas. No entanto, eles não permanecerão pequenos por muito tempo. Dentro dessas galáxias, as estrelas estão se formando a uma taxa cinco mil vezes mais rápida do que na nossa galáxia, a Via Láctea, onde, em média, menos de dez estrelas se formam a cada ano.
“Queremos descobrir como ocorre a intensa formação estelar, a atividade buracos negros e esta atmosfera superaquecida interage, e o que isso nos diz sobre como os atuais aglomerados de galáxias foram construídos”, disse Zhou. “Como pode tudo isso acontecer ao mesmo tempo em um sistema compacto tão jovem?”
Por enquanto, essa questão permanece sem resposta, mas as descobertas até agora foram publicadas em 5 de janeiro no Natureza.
