O poder sem precedentes do Telescópio Espacial James Webb permite-lhe olhar mais para trás no espaço e no tempo do que nunca - e ao fazê-lo, revela algumas galáxias intrigantes que parecem ser demasiado avançadas para a sua idade. Agora, os astrônomos criaram uma nova explicação para elas – galáxias “starburst” – que poupa o Modelo Padrão da cosmologia.
Uma visão artística de galáxias em "explosão estelar" no universo primitivo/Aaron M. Geller, Northwestern University, CIERA+IT-RCD
Viajar pelo espaço é viajar pelo tempo. Por exemplo, se os astrónomos olham para uma estrela a 100 anos-luz de distância, vêem-na como era há 100 anos, porque a sua luz demorou muito tempo a chegar até nós. Portanto, quando o estendemos até ao limite do Universo observável, podemos realmente olhar para o passado há mais de 12 mil milhões de anos - um período conhecido como "amanhecer cósmico", quando as primeiras estrelas se acenderam e formaram as primeiras galáxias.
O Telescópio James Webb foi o primeiro telescópio poderoso o suficiente para ver tão longe no espaço e no tempo. Os astrônomos esperavam ver “protogaláxias” que ainda estavam em formação, mas para sua surpresa, as galáxias descobertas pelo telescópio pareciam ser bastante avançadas e maduras, semelhantes às galáxias atuais. E não apenas um ou dois valores discrepantes, mas dezenas. Isto não é apenas estranho, tem o potencial de alterar toda a nossa compreensão de como as galáxias se formam, e pode até pôr em causa o próprio Modelo Padrão da Cosmologia.
Assim, no novo estudo, uma equipe de astrofísicos liderada pela Northwestern University usou poderosas simulações computacionais para investigar outras ideias. No processo, descobriram a possibilidade de produzir um sinal que correspondesse às observações de James Webb.
A maneira mais simples de estimar a massa e o tamanho de uma galáxia, especialmente a grandes distâncias, é observar o seu brilho, que foi o que Webb fez para as primeiras galáxias descobertas. Mas as simulações da equipa mostram que as galáxias no início do Universo poderiam atingir os mesmos níveis de brilho com massas muito mais baixas - tudo o que tinham de fazer era passar por um período de rápida formação estelar, que é exactamente o que as próprias galáxias simuladas fizeram.
Sun Guochao, principal autor do estudo, disse: "A chave é reproduzir uma quantidade suficiente de luz num sistema num curto espaço de tempo. Isto acontece ou porque o sistema é muito massivo ou porque tem a capacidade de produzir grandes quantidades de luz rapidamente. Neste último caso, o sistema não precisa de tanta massa. Se a formação estelar ocorrer numa explosão, emitirá um flash. É por isso que vemos várias galáxias muito brilhantes."
Galáxias modernas como a Via Láctea tendem a mostrar formação estelar constante ao longo do tempo, mas simulações sugerem que as primeiras galáxias de menor massa têm maior probabilidade de passar por uma fase de "explosão estelar", seguida por um período relativamente calmo até que estas estrelas mais velhas morram e alimentem a formação da próxima geração de estrelas num outro período de explosão estelar.
"A maior parte da luz numa galáxia provém das estrelas mais massivas," disse Claude-André Faucher-Giguère, autor sénior do estudo. "Como as estrelas mais massivas queimam mais rapidamente, elas vivem vidas mais curtas. Consomem rapidamente o seu combustível em reações nucleares. Portanto, o brilho de uma galáxia está mais diretamente relacionado com o número de estrelas que formou ao longo dos últimos milhões de anos do que com a massa de toda a galáxia."
É claro que só porque uma simulação é possível não significa que é assim que o universo real acontece. Usando outras técnicas para medir as massas destas galáxias, observações de acompanhamento do telescópio Webb poderiam ajudar a confirmar a hipótese da explosão estelar e trazer alívio ao Modelo Padrão da cosmologia. Afinal, como poderia a formação de explosões estelares explicar o surgimento de outras estruturas de ordem superior, como galáxias barradas, mais cedo do que deveriam?
A pesquisa foi publicada no Astrophysical Journal Letters.