Galáxias plenamente formadas no Universo jovem desafiam teorias

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/01/2023

Encontrar galáxias com desvio para o vermelho igual a 11 era algo considerado impossível até agora.
[Imagem: Haojing Yan/Bangzheng Sun/JWST]

Galáxias mais distantes já vistas

Uma das grandes promessas do telescópio espacial James Webb é a capacidade de enxergar mais longe do que qualquer outro instrumento já usado pela humanidade.

E, segundo nossa interpretação cosmológica atual, enxergar mais longe significa enxergar o passado, vendo o Universo como ele era em sua infância, uma vez que estamos vendo luzes que saíram de suas origens - estrelas e galáxias - há quase tantos bilhões de anos quanto a idade do Universo.

A grande expectativa era que, vendo o Universo tão jovem, veríamos os primórdios das galáxias, dando aos astrônomos informações sobre como elas começaram a se formar.

Tão logo as primeiras imagens começaram a chegar, porém, houve um verdadeiro estremecimento na comunidade científica: As galáxias mais distantes já vistas pelo homem pareciam ser extremamente similares às mais próximas de nós, que são muito mais velhas.

Os primeiros cientistas que viram essas imagens rapidamente anunciaram que teríamos que rever todo o nosso modelo padrão da cosmologia, uma vez que a descrição que esse modelo faz do Universo não se sustentava com galáxias tão bem formadas tão cedo, nascidas tão pouco tempo depois do Big Bang.

A discussão se acalorou, mas as principais revistas publicaram artigos e pareceres pedindo cautela, afirmando que seria necessário tempo para que as imagens do James Webb fossem analisadas com o cuidado necessário. Só com a publicação dos artigos científicos seria possível avaliar o impacto das novas imagens.

E assim se fez. Só que agora o momento chegou, e os primeiros resultados começam a ser publicados em artigos científicos já devidamente analisados e revisados.

Mas, ao que tudo indica, as primeiras impressões foram as que ficaram: Se queríamos um telescópio que revolucionasse nosso conhecimento da cosmologia, nós conseguimos.

Idade do Universo: O que sabemos e o que não sabemos?
[Imagem: NASA/WMAP]

Idade do Universo questionada

Os dados publicados agora, chamados Divulgação das Primeiras Observações do JWST, incluem a descoberta de 87 galáxias descritas como as "primeiras galáxias conhecidas no Universo" - as mais antigas.

E suas idades são inesperadas: Elas parecem ter surgido em uma janela temporal entre 200 e 400 milhões de anos após o Big Bang. O problema é que, dentro do modelo do Big Bang, isso é muito pouco tempo - nenhuma galáxia teria tido tempo para se formar tão cedo.

Certamente continua sendo prematuro afirmar que as observações do Webb contestem o modelo do Big Bang, o que exigirá sobretudo análises mais aprofundadas dos espectros eletromagnéticos dessas galáxias formadas tão cedo - pode ser que elas tenham simplesmente se formado muito rápido, e sua "precocidade" estará estampada nos elementos químicos mais comuns em cada uma delas.

Contudo, ao menos o processo de formação das galáxias precisará ser revisto.

"Encontrar um número tão grande de galáxias nas partes mais primitivas do Universo sugere que talvez precisemos revisar nossa compreensão anterior da formação de galáxias," disse Haojing Yan, da Universidade de Missouri, nos EUA. "Nossa descoberta nos dá a primeira indicação de que muitas galáxias podem ter se formado no Universo muito antes do que se pensava."

"Houve estudos anteriores enfatizando que vemos muitas galáxias com discos em desvios para o vermelho elevados, o que é verdade, mas neste estudo também vemos muitas galáxias com outras estruturas, como esferoides e formas irregulares, como vemos em desvios para o vermelho mais baixos," destacou Jeyhan Kartaltepe, do Instituto de Tecnologia Rochester. "Isto significa que, mesmo com esses altos desvios para o vermelho, as galáxias já estavam bastante evoluídas e tinham uma ampla gama de estruturas."

De qualquer forma, estas observações dão fôlego a modelos alternativos, como os que propõem que o Universo pode ser mais velho do que parece.

Das 850 galáxias utilizadas no estudo e que haviam sido previamente identificadas pelo Hubble, 488 foram reclassificadas com diferentes morfologias depois de serem mostradas com mais detalhes pelo James Webb.
[Imagem: SDSS/NASA/ESA/CSA/STScI]

Desvio para o vermelho

De posse das primeiras observações do James Webb, os astrônomos saíram em busca de galáxias com desvios para o vermelho muito altos. O conceito de desvio para o vermelho na astronomia permite medir a distância até objetos distantes observando como as cores mudam conforme as ondas de luz que eles emitem viajam até nós.

"Se uma fonte emissora de luz está se movendo em nossa direção, a luz está sendo 'espremida', e esse comprimento de onda mais curto é representado pela luz azul, ou desvio para o azul," explicou Yan. "Mas se essa fonte [de luz] está se afastando de nós, a luz que ela produz está sendo 'esticada' e muda para um comprimento de onda mais longo, que é representado pela luz vermelha, ou desvio para o vermelho."

A descoberta da expansão do Universo envolveu usar esse fenômeno para demonstrar que as galáxias mais distantes estão se afastando de nós, e quanto mais distantes estão, mais rápido estão se afastando. Assim, encontrar galáxias com desvios para o vermelho muito altos dá aos astrônomos uma maneira de construir a história inicial do Universo porque a distância pode ser relacionada à idade desses objetos.

"A velocidade da luz é finita, por isso leva tempo para a luz percorrer uma distância até chegar até nós," explicou Yan. "Por exemplo, quando olhamos para o Sol, não estamos olhando para ele como ele se parece no presente, mas sim como ele parecia há oito minutos. Isso porque é esse o tempo que leva para a radiação do Sol chegar até nós. Então, quando estamos olhando para galáxias que estão muito distantes, estamos olhando para suas imagens de muito tempo atrás."

As primeiras observações do Webb mostram galáxias com desvios para o vermelho iguais a 11, superior ao da galáxia mais antiga conhecida, que já havia questionado o Big Bang quando ela foi descoberta, há cerca de sete anos.

"Até a liberação desses primeiros conjuntos de dados do JWST [em meados de julho de 2022], a maioria dos astrônomos acreditava que o Universo deveria ter muito poucas galáxias com desvio para o vermelho acima de 11. No mínimo, nossos resultados desafiam essa visão. Acredito que essa descoberta é apenas a ponta do iceberg porque os dados que usamos focavam apenas em uma área muito pequena do Universo. Depois disso, prevejo que outras equipes de astrônomos encontrarão resultados semelhantes em outras partes das vastas extensões do espaço, pois o JWST continua a nos fornecer uma nova visão das partes mais profundas do nosso Universo," concluiu Yan.

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