O Telescópio Espacial James Webb (JWST, da sigla em inglês) foi usado junto a um efeito previsto por Albert Einstein há mais de 100 anos, possibilitando a descoberta de que pequenas galáxias no início de nosso Universo modelaram-no por completo quando este tinha menos de um bilhão de anos.
A equipe responsável pelo estudo encontrou essas galáxias, semelhantes às galáxias anãs existentes hoje em dia, que tiveram papel vital durante um estágio crucial na evolução cósmica que ocorreu entre 500 milhões e 900 milhões de anos após o Big Bang, informa o Space.com.
Tais galáxias pequenas também superavam em número outras galáxias no Universo infantil, de acordo com os pesquisadores, que acrescentaram ser provável que os reinos tenham fornecido boa parte da energia necessária para a reionização cósmica, que foi crítica para o crescimento e progressão do Universo.
Estamos realmente falando sobre a transformação global de todo o Universo. A principal surpresa é que estas galáxias pequenas e tênues tinham tanto poder que a sua radiação cumulativa poderia transformar todo o Universo.
Hakim Atek, principal autor da pesquisa e astrônomo do Institut d’Astrophysique de Paris (França), em entrevista ao Space.com
Galáxias anãs descobertas pelo James Webb tiveram papel fundamental no Universo
- Antes de cerca de 380 milhões de anos após o Big Bang durante a época de recombinação, o Universo era opaco e escuro;
- Isso se dava por conta, em seu estado denso e superquente, de que elétrons livres saltavam sem fim no entorno das partículas de luz, os chamados fótons;
- Mais tarde, o Universo expandiu e esfriou o suficiente para deixar que os elétrons se relacionassem com os prótons e criassem os primeiros átomos de hidrogênio, o elemento mais claro e simples no cosmos;
- O sumiço dos elétrons livres significou fótons que foram liberados para viajar repentinamente, e, como resultado, a “era escura” do Universo chegou ao fim, fazendo com que o cosmos viesse para a luz;
- A “primeira luz” que surgiu no Universo pode ser vista hoje na forma de um fóssil cósmico que preenche uniformemente o Universo chamado de o “fundo cósmico de micro-ondas”, ou CMB, na sigla em inglês.
Como os elétrons e prótons têm cargas elétricas iguais, mas opostas, os primeiros átomos eram eletricamente neutros, mas, logo, passariam por outra transformação.
Após 400 milhões de anos, as primeiras estrelas e galáxias foram formadas, ainda na era da reionização, na qual o hidrogênio neutro, elemento predominante no Universo, virou partículas carregadas. Tais partículas são os íons.
A ionização é causada por elétrons que absorvem fótons e aumentam sua energia e se libertam dos átomos. Até o momento, não havia nenhum tipo de informação sobre de onde essa radiação ionizante vinha.
Os suspeitos da fonte de radiação por detrás da reionização incluíam buracos negros supermassivos que se alimentavam de gás dos discos de acreção que os rodeiam (fazendo com que tais regiões ejetassem radiação de alta energia) grandes galáxias com massas superiores a bilhões de sóis e galáxias mais pequenas com massas inferiores a esta.
Temos debatido esta questão há décadas, na verdade, sejam buracos negros massivos ou galáxias massivas. Existem até explicações exóticas, como a aniquilação da matéria escura que cria radiação ionizante. Um dos melhores candidatos eram as galáxias, e, agora, mostramos que a contribuição das pequenas galáxias é enorme.
Hakim Atek, principal autor da pesquisa e astrônomo do Institut d’Astrophysique de Paris (França), em entrevista ao Space.com
“Não pensávamos que pequenas galáxias seriam tão eficientes na produção de radiação ionizante. É quatro vezes maior do que esperávamos, mesmo para galáxias de tamanho normal”, prosseguiu Atek.
Identificando as galáxias anãs com o James Webb
Identificar galáxias anãs mais pequenas como principais fontes desta radiação ionizante foi um desafio durante muito tempo, devido ao quão fracas elas são.
“Foi difícil obter este tipo de informação e estas observações, mas o JWST tem capacidades espectroscópicas no infravermelho. Na verdade, uma das razões pelas quais construímos o JWST é para compreender o que aconteceu durante a época da reionização”, disse pesquisador.
Mesmo com o impressionante poder de observação infravermelha do JWST, detectar as galáxias anãs não teria sido possível sem uma “mãozinha” de Albert Einstein. No caso, a teoria da relatividade geral de 1915 e de efeito sobre a luz que ela prevê.
A relatividade geral sugere que todos os objetos de massa deformam a própria estrutura do espaço e do tempo, que estão, na verdade, unidos como uma só entidade, conhecida como espaço-tempo.
Conforme a teoria, nossa percepção da gravidade surge como resultado dessa curvatura. Além disso, quanto maior a massa de um objeto, mais “extrema” é a curvatura do espaço-tempo. Dessa forma, mais fortes são os efeitos gravitacionais.
A curvatura não apenas diz aos planetas como se moverem em órbitas em torno das estrelas (e, por sua vez, diz aos corpos estelares como orbitar os buracos negros supermassivos nos centros das suas galáxias natais), mas, também, muda os caminhos da luz que vinda das estrelas.
A luz de uma fonte de fundo pode ir para outros caminhos em torno de um objeto em primeiro plano conforme viaja em direção à Terra e, quanto mais próximo o caminho estiver de um objeto de grande massa, mais ele ficará “curvado”.
Logo, a luz do mesmo objeto pode chegar à Terra em momentos diferentes como resultado do objeto em primeiro plano, ou “lente”, como podemos assimilar.
Tal lente pode mudar a localização do objeto em segundo plano no céu, pu pode fazer com que o objeto em segundo plano apareça em vários lugares na mesma imagem no céu. Em outros momentos, a luz do objeto em segundo plano é amplificada, amplificando, consequentemente, o objeto no céu.
Esse efeito é denominado “lente gravitacional”, usado pelo JWST com grande efeito para observar galáxias antigas próximas do início dos tempos, que poderiam, de outra forma, não ter chance de serem vistos.
Como o James Webb visualizou as galáxias anãs
O JWST usou um aglomerado de galáxias, de nome Abell 2744, como lente gravitacional para observar as recém-estudadas galáxias anãs distantes e primitivas e analisar a luz emitidas por elas.
“Mesmo para o JWST, estas pequenas galáxias são muito tênues, por isso, precisamos de adicionar lentes gravitacionais para amplificar o fluxo delas,” disse Atek.
Com o mistério da reionização aparentemente resolvido, ao menos em parte, a equipe pretende ampliar o estudo a escala maior com outro projeto do JWST, chamado GLIMPSE. Eles tentarão confirmar se o local estudado na investigação é representativo da distribuição média das galáxias no Universo.
A seguir, no estudo do processo de reionização, Atek e seus colegas vão tentar compreender melhor a formação das primeiras galáxias, que, por 12 bilhões de anos, viraram as galáxias existentes hoje em dia.
Até agora, temos estudado principalmente galáxias massivas e brilhantes, mas elas não são muito típicas do universo primitivo. Portanto, se quisermos compreender a formação das primeiras galáxias, precisamos realmente de compreender a formação de galáxias minúsculas e de baixa massa. E é isso que tentaremos fazer com este próximo programa.
Hakim Atek, principal autor da pesquisa e astrônomo do Institut d’Astrophysique de Paris (França), em entrevista ao Space.com
O estudo foi publicado nesta quarta-feira (28) na Nature.