O Universo primitivo era um lugar escuro. Estava repleto de hidrogênio que bloqueava a luz e nada mais.
Somente quando as primeiras estrelas se acenderam e começaram a iluminar os seus arredores com radiação UV é que a luz começou a reinar. Isso ocorreu durante a Época da Reionização.
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Mas antes que o Universo se tornasse bem iluminado, um tipo específico e misterioso de luz perfurou a escuridão: as emissões Lyman-alfa.
Embora o Universo primitivo fosse demasiado escuro para a luz viajar através do gás opaco que o dominava, os astrônomos ainda detectaram algumas linhas Lyman-alfa antes das luzes se acenderem na Época da Reionização.
De onde veio? Essa tem sido uma questão significativa sem resposta que muitos ponderaram.
As emissões de Lyman-alfa ocorrem na faixa UV e vêm de átomos de hidrogênio à medida que seus elétrons fazem a transição para um estado de energia específico. As linhas espectrais Lyman-alfa fazem parte do que os astrônomos chamam de floresta Lyman-alfa.
A floresta é uma série de linhas de absorção originadas do hidrogênio em objetos astronômicos distantes. À medida que a sua luz passa através de nuvens de gás com diferentes desvios para o vermelho, cria a floresta de linhas Lyman-alfa.
“Fornecer uma explicação para a surpreendente detecção de Lyman-alfa nestas galáxias primitivas é um grande desafio para os estudos extragalácticos”, escrevem os autores de algumas novas pesquisas.
A pesquisa foi publicada na Nature Astronomy e pode ter encontrado a resposta. Seu título é “Deciphering Lyman-alpha emission deep into the epoch of reionization”. O autor principal é Callum Witten, pesquisador do Instituto Kavli de Cosmologia da Universidade de Cambridge, no Reino Unido.
“Uma das questões mais intrigantes apresentadas pelas observações anteriores foi a detecção de luz de átomos de hidrogênio no Universo primitivo, que deveria ter sido totalmente bloqueada pelo gás neutro primitivo que se formou após o Big Bang”, disse Witten em um boletim de imprensa.
“Muitas hipóteses foram sugeridas anteriormente para explicar a grande fuga desta emissão ‘inexplicável’.”
Mas agora há um novo xerife cosmológico na cidade: o Telescópio Espacial James Webb.
O JWST foi construído com a capacidade de perscrutar os primeiros dias do Universo. Esse foi um dos principais impulsionadores de todo o esforço.
A capacidade do JWST de detectar os fótons libertados pelas estrelas nas primeiras galáxias no início da vida do Universo abriu uma nova janela para o Universo primordial e está nos levando a respostas para muitas questões de longa data. O JWST tem sensibilidade e resolução angular para seguir a luz antiga de volta à sua fonte.
“Aqui, tiramos vantagem única das imagens de alta resolução e alta sensibilidade da câmera próxima ao infravermelho do Telescópio Espacial James Webb para mostrar que todas as galáxias em uma amostra de emissores Lyman-alfa com redshift > 7 têm companheiras próximas”, os pesquisadores escrevem em seu paper. Este é um ponto importante com enormes implicações.
As imagens JWST do emissor Lyman-Alpha LAE EGSY8p68 revelam mais detalhes do que observações anteriores com o Telescópio Espacial Hubble. O poder de resolução do JWST revela um aglomerado de galáxias menores e mais escuras em torno das galáxias brilhantes em LAE EGSY8p68 que o telescópio Hubble não conseguiu ver. A região é muito mais movimentada e lotada, com muita formação estelar ativa.
“Onde o Hubble estava vendo apenas uma grande galáxia, Webb viu um aglomerado de galáxias mais pequenas em interação, e esta revelação teve um enorme impacto na nossa compreensão da emissão inesperada de hidrogênio de algumas das primeiras galáxias”, disse o co-autor do estudo, Sergio Martin-Alvarez da Universidade de Stanford.
As primeiras galáxias eram prodigiosas produtoras de estrelas e uma rica fonte de emissões Lyman-alfa. A maioria das emissões foi bloqueada pelo hidrogênio neutro primordial que preencheu o espaço entre as galáxias no Universo primitivo. O que nos diz se a maioria dos emissores Lyman-Alpha (LAEs) são galáxias com vizinhos próximos?
Segundo os autores, isso nos diz que as fusões galácticas e a sua abundante formação estelar estão por trás das emissões de Lyman-alfa. Uma simulação de fusão galáctica produziu uma imagem simulada do JWST que se parece muito com a imagem real do JWST de galáxias em interação.
Os pesquisadores usaram simulações de fusões e interações galácticas chamadas Azahar para testar sua ideia. Azahar mostrou que à medida que a massa estelar se acumulava e as estrelas se formavam nestas primeiras galáxias, duas coisas aconteciam.
As estrelas emitiram emissões Lyman-alfa e criaram bolhas e canais de hidrogênio ionizado no hidrogênio neutro que bloqueia a luz. As bolhas e canais permitiram a passagem das emissões de Lyman-alfa.
Esta pesquisa mostra que houve mais fusões galácticas no Universo primordial do que podíamos ver antes do início do JWST.
Essas fusões e interações e a abundante formação estelar que geraram são responsáveis pela criação das emissões de Lyman-alfa e pela criação de um caminho para elas escaparem do hidrogênio neutro, denso e opaco que dominava o jovem Universo.
Em suma, a elevada taxa de fusão galáctica no Universo jovem é responsável pelas misteriosas emissões de Lyman-alfa.
Os pesquisadores ainda não terminaram. Eles estão planejando observações mais detalhadas de galáxias em diferentes estágios de fusão para desenvolver ainda mais sua ideia.
Este artigo foi publicado originalmente pela Universe Today. Leia o artigo original.
Adaptado de ScienceAlert
