Finalmente sabemos o que trouxe luz ao vazio escuro e sem forma do Universo primordial.
De acordo com dados dos Telescópios Espaciais Hubble e James Webb, as origens dos fótons que voavam livremente no início da alvorada cósmica eram pequenas galáxias anãs que ganharam vida, limpando o nevoeiro de hidrogênio obscuro que enchia o espaço intergalático.
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“Esta descoberta revela o papel crucial desempenhado pelas galáxias ultrafracas na evolução do Universo primordial,” afirma a astrofísica Iryna Chemerynska do Institut d’Astrophysique de Paris.
“Eles produzem fótons ionizantes que transformam o hidrogênio neutro em plasma ionizado durante a reionização cósmica. Isso destaca a importância da compreensão das galáxias de baixa massa na formação da história do Universo.”
No início do Universo, poucos minutos após o Big Bang, o espaço foi preenchido por uma névoa quente e densa de plasma ionizado. A pouca luz que havia não teria penetrado nesta neblina; os fótons simplesmente teriam se espalhado pelos elétrons livres flutuando, tornando efetivamente o Universo escuro.
À medida que o Universo arrefeceu, após cerca de 300.000 anos, prótons e elétrons começaram a unir-se para formar gás hidrogênio neutro (e um pouco de hélio). A maioria dos comprimentos de onda da luz conseguia penetrar nesse meio neutro, mas havia muito poucas fontes de luz para produzi-lo. Mas deste hidrogênio e hélio nasceram as primeiras estrelas.
Essas primeiras estrelas emitiram radiação forte o suficiente para arrancar elétrons de seus núcleos e reionizar o gás. Neste ponto, porém, o Universo tinha-se expandido tanto que o gás era difuso e não conseguia impedir a luz de brilhar. Cerca de bilhões de anos após o Big Bang, o fim do período conhecido como alvorecer cósmico, o Universo estava totalmente reionizado. Ta-da! As luzes estavam acesas.
Mas porque há tanta escuridão na aurora cósmica, e porque é tão escuro e distante no tempo e no espaço, tivemos dificuldade em ver o que está lá. Os cientistas pensaram que as fontes responsáveis pela maior parte da limpeza devem ter sido poderosas – enormes buracos negros cuja acreção produz luz resplandecente, por exemplo, e grandes galáxias em fase de formação estelar (estrelas bebês produzem muita luz UV).
O JWST foi projetado, em parte, para perscrutar o amanhecer cósmico e tentar ver o que nele se esconde. Tem tido muito sucesso, revelando todo tipo de surpresas sobre este momento crucial na formação do nosso Universo. Surpreendentemente, as observações do telescópio sugerem agora que as galáxias anãs são as principais intervenientes na reionização.
Uma equipe internacional liderada pelo astrofísico Hakim Atek, do Institut d’Astrophysique de Paris, recorreu aos dados do JWST sobre um aglomerado de galáxias chamado Abell 2744, apoiados por dados do Hubble. Abell 2744 é tão denso que o espaço-tempo se deforma em torno dele, formando uma lente cósmica; qualquer luz distante que viaje até nós através desse espaço-tempo torna-se ampliada. Isto permitiu aos pesquisadores ver pequenas galáxias anãs perto do amanhecer cósmico.
Então, eles usaram o JWST para obter espectros detalhados dessas pequenas galáxias. A sua análise revelou que estas galáxias anãs não são apenas o tipo de galáxia mais abundante no Universo primordial, mas também são muito mais brilhantes do que o esperado. Na verdade, a investigação da equipe mostra que as galáxias anãs superam as galáxias grandes numa proporção de 100 para 1, e a sua produção coletiva é quatro vezes a radiação ionizante normalmente assumida para galáxias maiores.
“Essas potências cósmicas emitem coletivamente energia mais do que suficiente para realizar o trabalho”, diz Atek. “Apesar do seu pequeno tamanho, estas galáxias de baixa massa são produtoras prolíficas de radiação energética, e a sua abundância durante este período é tão substancial que a sua influência coletiva pode transformar todo o estado do Universo.”
É a melhor evidência da força por trás da reionização, mas há mais trabalho a ser feito. Os pesquisadores observaram uma pequena parte do céu; eles precisam ter certeza de que sua amostra não é apenas um aglomerado anômalo de galáxias anãs, mas uma amostra representativa de toda a população no amanhecer cósmico.
Eles pretendem estudar mais regiões de lentes cósmicas do céu para obter uma amostra mais ampla das primeiras populações galácticas. Mas apenas nesta amostra, os resultados são incrivelmente emocionantes. Os cientistas têm procurado respostas sobre a reionização desde que sabemos disso. Estamos prestes a finalmente dissipar a neblina.
“Entramos agora em território desconhecido com o JWST”, diz o astrofísico Themiya Nanayakkara, da Universidade de Tecnologia de Swinburne, na Austrália.
“Este trabalho abre questões mais interessantes que precisamos de responder nos nossos esforços para traçar a história evolutiva dos nossos primórdios.”
A pesquisa foi publicada na Nature.
Traduzido de ScienceAlert
