Galáxias no Universo jovem eram surpreendentemente maduras

As galáxias massivas já eram muito mais maduras no início do Universo do que o esperado. Isto foi mostrado por uma equipa internacional de astrónomos que estudou 118 galáxias distantes com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array).

A maioria das galáxias formou-se quando o Universo ainda era muito jovem. A nossa própria Galáxia, por exemplo, provavelmente começou a formar-se há 13,6 mil milhões de anos, no nosso Universo com 13,8 mil milhões de anos. Quando o Universo tinha apenas 10% da sua idade atual (1-1,5 mil milhões de anos depois do Big Bang), a maioria das galáxias sofreu um “surto de crescimento”. Durante este tempo, fabricaram a maior parte da sua massa estelar e outras propriedades, como poeira, conteúdo de elementos pesados e formas de disco em espiral, que vemos nas galáxias de hoje. Portanto, se quisermos aprender como as galáxias como a nossa Via Láctea se formaram, é importante estudar esta época.

Num levantamento chamado ALPINE (ALMA Large Program to Investigate C+ at Early Times), uma equipa internacional de astrónomos estudou 118 galáxias que passaram por este “surto de crescimento” no início do Universo. “Para nossa surpresa, muitas delas eram mais maduras do que esperávamos,” disse Andreas Faisst, do IPAC (Infrared Processing and Analysis Center) no Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia).

As galáxias são consideradas mais “maduras” do que “primordiais” quando contêm uma quantidade significativa de poeira e elementos pesados. “Não esperávamos ver tanta poeira e elementos pesados nestas galáxias distantes,” disse Faisst. A poeira e os elementos pesados (definidos pelos astrónomos como todos os elementos mais pesados do que o hidrogénio e hélio) são considerados um subproduto das estrelas moribundas. Mas as galáxias no início do Universo ainda não tiveram muito tempo para construir estrelas, de modo que os astrónomos não esperavam ver também lá muita poeira ou elementos pesados.

“A partir de estudos anteriores, entendemos que estas galáxias jovens são pobres em poeira,” disse Daniel Schaerer, da Universidade de Genebra, na Suíça. “No entanto, descobrimos que cerca de 20% das galáxias ‘montadas’ durante esta época inicial já tinham muita poeira e uma fração significativa da luz ultravioleta de estrelas recém-nascidas já está oculta por esta poeira,” acrescentou.

Muitas das galáxias também foram consideradas relativamente adultas porque mostraram diversidade nas suas estruturas, incluindo os primeiros sinais de discos com suporte rotacional – o que pode mais tarde levar a galáxias com uma estrutura espiral, como é observado em galáxias como a nossa Via Láctea. Os astrónomos geralmente esperam que as galáxias no início do Universo se pareçam com “desastres” cósmicos porque colidem frequentemente. “Vemos muitas galáxias a colidir, mas também várias delas a girar de maneira ordeira, sem sinais de colisões,” disse John Silverman do Insituto Kavli para Física e Matemática do Universo no Japão.

O ALMA já avistou galáxias muito distantes, como MAMBO-9 (uma galáxia muito empoeirada) e Wolfe Disk (uma galáxia com um disco giratório). Mas era difícil dizer se estas descobertas eram únicas, ou se haviam mais galáxias como elas por aí. O ALPINE é o primeiro levantamento que permitiu aos astrónomos estudar um número significativo de galáxias no Universo primitivo e mostra que podem evoluir mais depressa do que o esperado. Mas os cientistas ainda não entendem como estas galáxias cresceram tão rapidamente e porque é que algumas delas já têm discos giratórios.

As observações do ALMA foram cruciais para esta investigação porque o radiotelescópio pode ver a formação estelar que está escondida pela poeira e rastrear o movimento do gás emitido pelas regiões de formação estelar. Os levantamentos de galáxias no início do Universo geralmente usam telescópios óticos e infravermelhos. Estes permitem a medição da formação estelar não obstruída e das massas estelares. No entanto, estes telescópios têm dificuldade em medir regiões obscurecidas por poeira, onde as estrelas se formam, ou os movimentos do gás nestas galáxias. E por vezes nem vêm uma galáxia. “Com o ALMA descobrimos algumas galáxias distantes pela primeira vez. Chamamo-las de “Hubble-dark”, pois não puderam ser detetadas nem mesmo como o telescópio Hubble,” disse Lin Yan do Caltech.

Para aprender mais sobre galáxias distantes, os astrónomos querem apontar o ALMA para galáxias individuais por mais tempo. “Queremos ver exatamente onde está a poeira e como o gás se move. Também queremos comparar as galáxias empoeiradas com outras à mesma distância e descobrir se pode haver algo especial nos seus ambientes,” acrescentou Paolo Cassata, da Universidade de Pádua, na Itália, anteriormente na Universidade de Valparaíso no Chile.

O ALPINE é o primeiro e o maior levantamento galáctico em vários comprimentos de onda no início do Universo. Para uma grande amostra de galáxias, a equipa recolheu medições no ótico (incluindo com o Subaru, VISTA, Hubble, Keck e VLT), no infravermelho (Spitzer) e no rádio (ALMA). Os estudos em vários comprimentos de onda são necessários para obter uma imagem completa de como as galáxias são construídas. “Um levantamento tão grande e complexo só é possível graças à colaboração entre vários institutos de todo o mundo,” disse Matthieu Béthermin do Laboratório de Astrofísica de Marselha, na França.

// Observatório ALMA (comunicado de imprensa)
// Observatório W. M. Keck (comunicado de imprensa)
// Telescópio Subaru (comunicado de imprensa)
// NRAO (comunicado de imprensa)
// NAOJ (comunicado de imprensa)
// Universidade de Cornell (comunicado de imprensa)
// Universidade da Califórnia, Davis (comunicado de imprensa)
// Universidade de Genebra (comunicado de imprensa)
// CNRS (comunicado de imprensa)
// INAF (comunicado de imprensa)
// Artigo científico #1 (arXiv.org)
// Artigo científico #2 (arXiv.org)
// Artigo científico #3 (arXiv.org)
// Artigo científico #4 (arXiv.org)
// Artigo científico #5 (arXiv.org)
// Artigo científico #6 (arXiv.org)
// Artigo científico #7 (arXiv.org)
// Artigo científico #8 (arXiv.org)

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