O telescópio James Webb surpreendeu a todos mais uma vez e fez uma grande descoberta: um conjunto de galáxias enormes que são tão massivas quanto a Via-Láctea e cheia de estrelas vermelhas maduras. Contudo, elas não deveriam sequer existir.

Essas galáxias, descritas em novo estudo baseado na primeira disponibilização de dados do telescópio, estão tão distantes que elas aparecem apenas como pequenos pontos avermelhados nas imagens. Ao analisar a luz emitida por tais galáxias, os astrônomos estabeleceram que eles estavam as vendo na infância de nosso Universo, apenas 500 milhões a 700 milhões anos após o Big Bang.

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Contudo, essas primeiras galáxias não são tão surpreendentes por si próprias. A expectativa era de que os primeiros aglomerados de estrelas surgissem, de fato, logo após o Universo sair do que se chama Idade das Trevas – após seus primeiros 400 milhões anos, nos quais somente uma espessa nuvem de átomos de hidrogênio permeava o espaço.

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Só que as galáxias encontradas pelo Webb pareciam ser surpreendentemente grandes e, as estrelas dentro delas, muito velhas. As descobertas conflitam com as ideias existentes de como se imaginava o Universo em seu início e como ele evoluiu. A novidade acaba batendo de frente com as imagens originárias do predecessor do Webb, o Hubble.

Tínhamos expectativas específicas para o tipo de galáxia que vive no início do universo: elas são jovens e pequenas. Estudos anteriores do Universo primordial com o Hubble e outros instrumentos tendem a encontrar pequenas galáxias azuis em tempos primitivos: objetos que se formaram recentemente a partir da sopa cósmica primordial e estão construindo suas primeiras estrelas e estruturas.

Joel Leja, professor assistente de astronomia e astrofísica na Penn State e um dos autores do estudo, em entrevista ao Space.com

Estrelas jovens em geral brilham em azul brilhante. Com a idade, as estrelas desenvolvem brilho mais vermelho à medida que queimam seu combustível e esfriam. Em galáxias antigas que o Webb foi construído para detectar, os astrônomos não esperavam ver velhas estrelas vermelhas.

Eles também não esperavam encontrar galáxias mais massivas do que talvez um bilhão de sóis. Mas esses pontos avermelhados revelados nos campos profundos do Webb parecem 50 vezes mais massivos do que isso, disse Leja.

Estima-se que as galáxias mais massivas em nossa amostra tenham massas [duas a quatro vezes menores] do que a nossa própria Via Láctea. Isso foi surpreendente – estamos encontrando candidatas a galáxias tão massivas quanto a nossa própria galáxia quando o universo tinha 3% de sua idade atual.

Joel Leja, professor assistente de astronomia e astrofísica na Penn State e um dos autores do estudo, em entrevista ao Space.com

Imagens das galáxias capturadas pelo James Webb (Imagem: NASA, ESA, CSA, I. LABBE)

Leja disse que, antes que os astrônomos comecem a reescrever as teorias cosmológicas para explicar como essas galáxias se juntaram tão rapidamente após o Big Bang, eles terão que garantir que os estranhos pontos vermelhos que estão olhando não sejam outra coisa. A maioria das explicações alternativas, no entanto, também requerem conceitos inteiramente novos, afirmou.

Por exemplo, as estrelas no início do universo podem emitir luz de maneiras exóticas devido à falta de elementos pesados, e talvez não os estejamos incorporando em nossos modelos. Ou, alternativamente, talvez nossa compreensão de como as estrelas se formam localmente, por exemplo, quantas estrelas se formam a partir do gás em função da massa das estrelas, seja totalmente inaplicável no início do Universo. Essas coisas também seriam emocionantes de descobrir e também derrubariam nossa compreensão da formação de estrelas no início do universo – apenas de maneira muito diferente.

Joel Leja, professor assistente de astronomia e astrofísica na Penn State e um dos autores do estudo, em entrevista ao Space.com

As imagens que revelaram essas galáxias intrigantes foram obtidas pela câmera de infravermelho próximo do Webb (NIRCam) como parte do programa Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS).

Os astrônomos planejam, em breve, voltar o espelho do Webb para essas galáxias novamente para, desta vez, obter espectros de luz desses pontos distantes. Os espectros quebram a luz observada de acordo com sua composição de comprimento de onda e, assim, revelam as propriedades químicas e físicas de sua fonte.

O mais importante é que os espectros fornecem distâncias muito precisas a esses objetos. A ‘distância’ e a ‘identidade’ desses objetos estão correlacionadas: se soubermos a distância, podemos definir a identidade e vice-versa. Portanto, um espectro nos dirá imediatamente se nossas hipóteses estão corretas.

Joel Leja, professor assistente de astronomia e astrofísica na Penn State e um dos autores do estudo, em entrevista ao Space.com

Apenas pouco mais de seis meses depois que a equipe do Webb divulgou as primeiras observações do grande observatório, os cientistas já são desafiados a reescrever suas teorias sobre o início do universo.

Observamos o universo primitivo pela primeira vez e não tínhamos ideia do que iríamos encontrar. Acontece que encontramos algo tão inesperado que realmente cria problemas para a ciência. Isso põe em questão toda a imagem da formação inicial das galáxias.

Joel Leja, professor assistente de astronomia e astrofísica na Penn State e um dos autores do estudo, em comunicado da universidade

Com informações de Space.com

Imagem destacada: NASA, ESA, CSA, I. LABBE

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