Um grande protoenxame de galáxias que existia há 12,6 mil milhões de anos, descoberto pela primeira vez com o Telescópio Subaru, foi analisado em pormenor utilizando o Telescópio Espacial James Webb (JWST). O estudo revelou que as galáxias em regiões densamente povoadas são mais extensas do que galáxias semelhantes em ambientes menos densos. O resultado mostra que, mesmo quando o Universo tinha apenas 1,2 mil milhões de anos, o ambiente já influenciava a forma como as galáxias cresciam.

Como se formaram as maiores estruturas do Universo?

No Universo atual, as galáxias não estão distribuídas uniformemente pelo espaço. Elas agruparam-se, e esses grupos formam enormes enxames de galáxias contendo centenas ou mesmo milhares de galáxias. Mas estas estruturas gigantes não existiam no início do Universo.

No Universo primitivo, regiões ligeiramente mais densas de matéria cresceram gradualmente sob a ação da gravidade e acabaram por se desenvolver em enxames de galáxias. Estas "sementes" de enxames de galáxias são conhecidas como protoenxames.

Uma das questões-chave para os astrónomos é quando é que os ambientes densos começaram a influenciar a forma como as galáxias evoluem.

No Universo moderno, as galáxias em enxames apresentam frequentemente um aspeto muito diferente das galáxias isoladas. Tendem a ser mais massivas, têm dificuldade em formar novas estrelas e apresentam formas mais arredondadas. Este fenómeno - em que o crescimento de uma galáxia depende do seu ambiente - é conhecido como efeito ambiental.

No entanto, ainda não é claro se tais efeitos já estavam presentes no Universo primitivo, ou se só surgiram depois de os enxames de galáxias terem atingido a maturidade total.

O protoenxame Loktak descoberto pelo Telescópio Subaru

Uma equipa de investigação internacional, incluindo astrónomos do NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan), utilizou a câmara de campo amplo do Telescópio Subaru, a HSC (Hyper Suprime-Cam), para realizar um grande levantamento do céu e descobriu um protoenxame massivo que existiu há 12,6 mil milhões de anos.

As galáxias jovens com formação estelar ativa emitem frequentemente um tipo especial de luz chamado emissão Lyman-alfa. Esta emissão é produzida quando a radiação de estrelas jovens e quentes excita o gás hidrogénio circundante. As galáxias encontradas através deste sinal são chamadas emissoras Lyman-alfa e são marcadores úteis para rastrear a estrutura do Universo primitivo.

Utilizando um filtro especial concebido para detetar esta luz, a equipa mapeou uma vasta área do céu e identificou uma região onde as galáxias se encontravam fortemente concentradas.

A estrutura recém-descoberta foi batizada de "Protoenxame Loktak", em homenagem ao Lago Loktak, em Manipur, na Índia. O nome reflete a forma como quatro concentrações de galáxias distintas estão interligadas numa estrutura maior, assemelhando-se às ilhas flutuantes do lago (imagem de cima).

"Os protoenxames são os locais de construção das estruturas mais massivas do Universo atual", afirma o autor principal, Ronaldo Laishram, do NAOJ. "Encontrar um sistema tão claramente organizado nesta época primitiva dá-nos uma oportunidade rara de estudar como o ambiente afeta o crescimento das galáxias no Universo jovem".

JWST revela diferenças na forma como as galáxias cresceram

A equipa utilizou então imagens infravermelhas do JWST para comparar galáxias no interior do protoenxame com galáxias em ambientes mais típicos da mesma época cósmica.

Quando observadas na luz ultravioleta - que revela as regiões onde as estrelas se estão a formar -, as duas populações de galáxias apresentaram poucas diferenças em termos de tamanho. No entanto, na luz ótica (que, devido à expansão do Universo, se esticou para comprimentos de onda infravermelhos), que revela a distribuição global das estrelas formadas anteriormente, as galáxias do protoenxame eram, em média, cerca de 1,4 vezes maiores do que as galáxias em ambientes normais (segunda imagem; em geral, as galáxias mais massivas tendem a ser maiores. No entanto, a diferença de tamanho encontrada neste estudo não pode ser explicada somente pelas diferenças de massa).

Por outras palavras, embora os núcleos de formação estelar parecessem semelhantes, as galáxias no seu conjunto tinham crescido de forma diferente. Isto sugere que a formação estelar nos centros das galáxias decorreu de forma semelhante, mas as galáxias em ambientes densos construíram as suas estruturas estelares externas mais cedo e mais rapidamente.

Distribuição dos tamanhos das galáxias na região central do protoenxame Loktak (vermelho) e das galáxias em ambientes médios na mesma época (azul). Esquerda: medições no ultravioleta. Direita: medições na luz ótica. Na luz ótica, as galáxias no ambiente denso são maiores. Um valor de 1 no eixo horizontal corresponde ao tamanho típico das galáxias em ambientes médios. Crédito: Laishram et al./NAOJ

O destino de uma galáxia depende do local onde se encontra

A importância deste resultado reside no facto de mostrar claramente que os efeitos ambientais já estavam a moldar as galáxias muito antes de os enxames de galáxias estarem totalmente formados.

Dos atuais 13,8 mil milhões de anos de idade do Universo, as galáxias aqui observadas datam de apenas 1,2 mil milhões de anos após o Big Bang. Mesmo nessa fase tão precoce, o crescimento de uma galáxia dependia do local onde se encontrava. Isto significa que a evolução das galáxias é determinada não só pela sua própria massa e propriedades internas, mas também pelo seu ambiente circundante desde uma fase inicial.

O estudo sugere que o aspeto das galáxias é moldado não só pelo que elas têm desde o nascimento, mas também pelo local onde crescem - e que este processo teve início nos capítulos mais antigos da história cósmica.

Futuras observações utilizando o PFS (Prime Focus Spectrograph) 'Ōnohi'ula do Telescópio Subaru, bem como o seu sistema de ótica adaptativa de campo amplo de próxima geração, ULTIMATE, combinadas com o acompanhamento contínuo do JWST, ajudarão a determinar se este tipo de efeito ambiental era comum no Universo primitivo ou exclusivo do protoenxame Loktak.

// Telescópio Subaru (comunicao de imprensa)
// NAOJ (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)

Quer saber mais?

Enxame de galáxias:
Wikipedia

Telescópio Subaru:
NAOJ
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JWST (Telescópio Espacial James Webb):
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