Astrônomos fizeram uma descoberta inesperada ao detectar oxigênio e elementos como metais pesados ​​na galáxia mais distante já registrada. Localizada a impressionantes 13,4 bilhões de anos-luz de distância, essa galáxia se formou nos primeiros dias do Universo, pouco após o Big Bang, ocorrido há 13,8 bilhões de anos.

Denominada JADES-GS-z14-0, a galáxia é notavelmente grande e brilhante, e foi identificada em janeiro de 2024 pelo Telescópio Espacial James Webb, que capta luz infravermelha invisível ao olho humano.

A descoberta foi divulgada em publicações no The Astrophysical Journal e no Astronomy & Astrophysics, nesta quinta-feira, 20 de março.

O observatório permitiu uma visão detalhada do passado, retornando ao início de um período chamado Amanhecer Cósmico, que abrange as primeiras centenas de milhões de anos após o Big Bang, quando surgiram as primeiras galáxias. A luz da galáxia percorreu 13,4 bilhões de anos até atingir a Terra, o que permitiu que os astrônomos a observassem como ela era quando o Universo tinha cerca de 300 milhões de anos.

Após o Telescópio Webb, o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), no Chile, também contribuiu com observações que revelaram a presença de oxigênio e metais pesados. Essa descoberta é surpreendente porque indica que as galáxias se formaram de maneira mais rápida do que se imaginava nos primeiros momentos do Universo.

“É como encontrar um adolescente onde você só esperaria bebês”, explicou Sander Schouws, autor principal do estudo do The Astrophysical Journal. “Os resultados mostram que a galáxia se formou muito rapidamente e também está amadurecendo rapidamente, somando-se a um crescente corpo de evidências de que a formação de galáxias acontece muito mais rápido do que o esperado.”

A presença de elementos pesados ​​em JADES-GS-z14-0 está levando os astrônomos a reconsiderar o que realmente sabiam sobre as primeiras galáxias e a questionar quantas outras podem ser descobertas com a ajuda dos telescópios Webb e ALMA.

Luz intensa revela uma surpresa

Diversos fatores sobre JADES-GS-z14-0, como seu tamanho impressionante e brilho intenso, surpreenderam os astrônomos. Ao examinar 700 galáxias distantes, o Webb descobriu que ela era a terceira mais brilhante, mesmo sendo a mais distante. No entanto, espera-se que as galáxias mais antigas sejam menores e menos brilhantes, já que o universo era muito mais compacto naquela época.

As galáxias geralmente se formam a partir de vastas nuvens de gás que colapsam e giram, acumulando estrelas jovens compostas principalmente por elementos leves, como hidrogênio e hélio.

Com o passar do tempo, as estrelas evoluem e geram elementos mais pesados, como oxigênio e metais, que se espalham pela galáxia, quando as estrelas explodem ao final de sua vida. Esses elementos, por sua vez, contribuem para a formação de novas estrelas e planetas que as orbitam.

No entanto, JADES-GS-z14-0 desafia esse modelo. Segundo os pesquisadores, a galáxia contém 10 vezes mais elementos pesados do que o previsto, o que surpreendeu a equipe do estudo.

“Tais elementos são produzidos por estrelas massivas e a abundância de oxigênio sugere que várias gerações de estrelas massivas já nasceram e morreram”, disse o Dr. Stefano Carniani, professor assistente na Scuola Normale Superiore de Pisa, na Itália, e autor principal do estudo Astronomy & Astrophysics, em uma declaração.

“Em conclusão, [JADES-GS-z14-0] é mais maduro do que o esperado e esses resultados implicam que a primeira geração de galáxias reuniu sua massa muito rapidamente.”

Explorando ao máximo

O uso do ALMA também permitiu que os pesquisadores confirmassem a distância da galáxia, inicialmente medida pelo Webb, e aprimorassem suas medições. De acordo com Rychard Bouwens, professor associado da Universidade de Leiden e coautor do estudo publicado no The Astrophysical Journal, a combinação dos dois telescópios oferece uma poderosa ferramenta para estudar a formação e a evolução das primeiras galáxias.

“Fiquei realmente surpreso com essa detecção clara de oxigênio em JADES-GS-z14-0”, disse Gergö Popping, astrônomo do Observatório Europeu do Sul no Centro Regional Europeu ALMA.

“Isso sugere que as galáxias podem se formar mais rapidamente após o Big Bang do que se pensava anteriormente. Este resultado mostra o papel importante que o Alma desempenha em desvendar as condições sob as quais as primeiras galáxias em nosso Universo se formaram.”

Enquanto o Webb pode identificar galáxias extremamente distantes, o ALMA permite estudar o gás e a poeira dentro delas ao detectar a luz infravermelha que essas galáxias emitem, explicou Carniani. O estudo dessas galáxias pode ajudar a esclarecer vários mistérios do Amanhecer Cósmico, como os eventos logo após o início do Universo e a identidade dos primeiros objetos celestes.

Os pesquisadores sugerem que as primeiras galáxias podem ter formado estrelas de maneira mais intensa e em uma escala maior do que se imaginava, o que também explicaria o brilho incomum da galáxia.

No entanto, mais observações são necessárias para compreender com precisão o que está sendo observado, afirmou ele.

A equipe planeja investigar se a galáxia e sua rápida evolução são realmente únicas ou se existem outras semelhantes no universo primitivo. Como Carniani apontou, um único objeto celeste não é suficiente para estabelecer um novo modelo de formação de galáxias.