Qual é a aparência de uma galáxia recém-nascida?
Durante muito tempo, muitos astrofísicos e cosmólogos presumiram que as galáxias recém-nascidas se pareceriam com os orbes e discos aracnídeos familiares no universo moderno.
Mas de acordo com uma análise de novas imagens do Telescópio Espacial James Webb, as galáxias bebés não eram nem ovos nem discos. Eles eram bananas. Ou picles, charutos ou pranchas de surf – escolha sua própria metáfora. Esta é a conclusão provisória de uma equipa de astrónomos que reexaminou imagens de cerca de 4.000 galáxias recém-nascidas observadas por Webb no início dos tempos.
“Este é um resultado surpreendente e inesperado, embora já houvesse indícios disso com o Hubble”, disse Viraj Pandya, pós-doutorado na Universidade de Columbia, referindo-se ao Telescópio Espacial Hubble. Ele é o autor principal de um artigo que será publicado em breve no Astrophysical Journal sob o provocativo título “Galáxias enlouquecendo.” Dr. Pandya está programado para dar uma palestra sobre seu trabalho na quarta-feira em uma reunião da Sociedade Astronômica Americana em Nova Orleans.
Se o resultado se mantiver, os astrónomos dizem que poderá alterar profundamente a sua compreensão de como as galáxias surgem e crescem. Também poderia oferecer informações sobre a natureza misteriosa da matéria escura, uma forma desconhecida e invisível de matéria que, segundo os astrônomos, constitui a maior parte do universo e supera a matéria atômica em 5 para 1. A matéria escura engole as galáxias e fornece os berçários gravitacionais nos quais surgem novas galáxias.
O resultado baseia-se em sugestões de observações anteriores do telescópio Hubble de que as primeiras galáxias tinham formato de piclesdisse Joel Primack, astrônomo da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, e autor do novo artigo.
Num e-mail, Alan Dressler, dos Observatórios Carnegie, que não fez parte do trabalho do Dr. Pandya, caracterizou o resultado como “importante – penso que é importante – extremamente importante, se for verdade”.
“Mantenho algum ceticismo em relação a este resultado, dada a dificuldade de fazer tal medição”, acrescentou. “Especialmente para galáxias distantes, pequenas e não muito brilhantes (estou falando das galáxias).”
A equipe do Dr. Pandya analisou as imagens de galáxias em uma área do céu menor que a lua cheia conhecida como Faixa Estendida de Groth, que foi pesquisada por muitos outros telescópios. incluindo o telescópio Hubble. As imagens foram obtidas por uma colaboração internacional chamada pesquisa Cosmic Evolution Early Release Science, ou CEERS.
A equipa planeia estender as suas observações a outras áreas bem estudadas do cosmos. “Isso nos permitirá identificar galáxias com diferentes formas 3-D em todo o céu” e facilitará as tão necessárias observações espectroscópicas de acompanhamento, escreveu o Dr. Pandya por e-mail.
As galáxias são as cidades-estado do cosmos. Dentro do universo visível há cerca de dois trilhões delas, cada uma contendo até um trilhão de estrelas. Mas o universo visível é apenas uma fração do que existe lá fora. A maior parte da matéria do cosmos parece estar na forma de matéria escura; seja lá o que for a matéria escura, ela constitui os ossos invisíveis do universo que vemos.
Os astrónomos pensam agora que as galáxias foram semeadas por flutuações aleatórias na densidade da matéria e da energia durante o Big Bang. À medida que o espaço se expandia, as áreas mais densas ficavam para trás e a matéria escura se acumulava, puxando consigo a matéria normal. Este material eventualmente se recompôs e se iluminou como estrelas e galáxias ou desapareceu em buracos negros. O telescópio Webb foi projetado para investigar esta era formativa e misteriosa; com um espelho gigante e sensores infravermelhos, ele pode ver as galáxias mais distantes e, portanto, mais antigas.
Dr. Pandya e seus colaboradores investigaram as formas tridimensionais das galáxias analisando estatisticamente suas projeções bidimensionais no céu. Se essas primeiras galáxias fossem bolas ou discos orientados aleatoriamente no espaço, elas deveriam ocasionalmente apresentar suas faces completas, parecendo redondas e circulares, aos telescópios.
Mas os astrônomos não estão vendo muito disso. Em vez disso, veem muitos charutos e bananas.
“Eles parecem consistentemente muito lineares”, disse o Dr. Pandya, “com algumas galáxias mostrando vários aglomerados brilhantes dispostos como pérolas em um colar”.
Essas galáxias oblongas são raras hoje em dia, mas representam até 80% das galáxias na amostra CEERS, que remonta a cerca de 500 milhões de anos após o Big Bang.
“As suas massas são tais que seriam os progenitores de galáxias como a Via Láctea”, disse o Dr. Pandya, “o que implica que a nossa própria galáxia pode ter passado por uma fase morfológica semelhante ao charuto/prancha de surf no passado”.
No universo moderno, as galáxias parecem ter duas formas básicas: nuvens arredondadas e sem características, chamadas elípticas, e discos planos e aracnídeos, como a nossa casa, a Via Láctea.
Evidentemente, os primeiros recém-nascidos não começaram assim. A razão, suspeitam os astrônomos, está relacionada às propriedades da matéria escura, mas exatamente qual ou como não está claro.
A principal teoria sustenta que a matéria escura consiste em nuvens de partículas subatômicas exóticas que sobraram do Big Bang. A matéria comum, atraída pela gravidade para essas nuvens, condensaria e se iluminaria em estrelas e galáxias, de acordo com simulações de computador.
Numa variante popular chamada matéria escura fria, estas partículas restantes seriam pesadas e lentas em comparação com protões, neutrões e outros habitantes mais familiares do mundo atómico quântico. De acordo com simulações de computador, a matéria escura e fria se aglomeraria facilmente para formar os padrões de grande escala que os astrônomos veem no céu.
A identificação dessas partículas lentas e pesadas abalaria o mundo da física de partículas e da cosmologia. Mas até agora as experiências em laboratórios como o Grande Colisor de Hádrons do CERN não conseguiram detectar ou produzir quaisquer partículas de matéria escura e fria. Ultimamente, o interesse mudou para outras formas propostas de matéria escura, incluindo toda uma galeria – um “setor escuro” – de partículas “escuras” interagindo umas com as outras de forma invisível através de forças “obscuras”.
Nessa mistura estão os áxions, que em teoria são extremamente leves e agem mais como ondas do que como partículas – “matéria escura difusa” ou “matéria escura ondulada”, no vernáculo. Em simulações computacionais da formação de galáxias, essas ondas podem interferir umas nas outras, produzindo estruturas filamentares nodosas em vez das formas redondas previstas pela matéria escura e fria.
“Sim, a ligação com a matéria escura é tentadora”, disse o Dr. Pandya, acrescentando que o diabo estava nos detalhes confusos da “gastrofísica”, que descreve como a turbulência, o gás quente e os campos magnéticos interagem para iluminar estrelas e galáxias.
Jeremiah Ostriker, professor emérito de astrofísica em Princeton, agora afiliado à Universidade de Columbia, nos últimos anos voltou sua atenção para a matéria escura difusa. Em 1973, o Dr. Ostriker concebeu a ideia da matéria escura com seu colega de Princeton, James Peebles.
Ele e outros apontaram que a matéria escura difusa deixaria a sua própria assinatura nos tamanhos e formas das galáxias bebés. Devido à sua ondulação inerente, os áxions não se aglomerariam tão eficazmente como a matéria escura e fria, pelo que seria difícil para eles produzirem galáxias bebés com menos de mil milhões de massas solares. A matéria escura fria não tem essa limitação. Contudo, os telescópios atuais estão longe de ser suficientemente sensíveis para observar tais crianças; poderá ser necessária uma nova geração de instrumentos ainda maiores para concluir o trabalho.
Quando o Dr. Ostriker soube do trabalho do Dr. Pandya, ele observou que as perspectivas para a matéria escura difusa pareciam cada vez melhores. “Continue com o bom trabalho”, disse ele.
