As estrelas nasceram pouco tempo depois do Big Bang

NASA

Esta imagem mostra o enorme enxame de galáxias MACS J1149.5+2223, cuja luz demorou mais de 5 mil milhões de anos a chegar até nós.

Com o auxílio do ALMA, os astrónomos determinaram que a formação estelar na galáxia muito longínqua MACS1149-JD1 começou numa altura surpreendentemente precoce, apenas 250 milhões de anos após o Big Bang.

Esta descoberta corresponde igualmente ao oxigénio mais distante alguma vez encontrado no Universo e à galáxia mais distante observada pelo ALMA ou pelo VLT até a data. Estes resultados foram publicados na revista Nature na quinta-feira.

Uma equipa internacional de astrónomos utilizou o ALMA para observar uma galáxia distante chamada MACS1149-JD1. A equipa detetou nesta galáxia um brilho muito ténue emitido por oxigénio ionizado.

Como esta radiação infravermelha viajou através do espaço, a expansão do Universo “esticou-a” de tal modo que o seu comprimento de onda era, quando chegou à Terra e foi detetada pelo ALMA, cerca de dez vezes maior do que quando foi emitida pela galáxia.

A equipa inferiu que o sinal tinha sido emitido há 13,3 mil milhões de anos (ou 500 milhões de anos após o Big Bang), o que faz deste oxigénio o mais distante alguma vez detetado por um telescópio. A presença de oxigénio é um sinal claro de que devem ter havido gerações anteriores de estrelas nesta galáxia.

“Fiquei muito entusiasmado ao ver sinais de oxigénio distante nos dados ALMA”, diz Takuya Hashimoto, autor principal do novo artigo científico que descreve estes resultados e investigador na Universidade Sangyo em Osaka e no Observatório Astronómico Nacional do Japão. “Esta deteção faz avançar ainda mais as fronteiras do Universo observável.”

Para além do brilho do oxigénio capturado pelo ALMA, um sinal ainda mais fraco de emissão de hidrogénio foi igualmente detetado pelo VLT do ESO. A distância à galáxia determinada a partir desta observação é consistente com a distância determinada a partir da observação de oxigénio, o que faz com que MACS1149-JD1 seja a galáxia mais distante observada, com uma medição de distância precisa, e a galáxia mais distante alguma vez observada pelo ALMA ou pelo VLT.

“Estamos a ver esta galáxia quando o Universo tinha apenas 500 milhões de anos de idade e, no entanto, este objeto apresenta já uma população de estrelas bastante madura”, explica Nicolas Laporte, investigador na University College London no Reino Unido e segundo autor do novo artigo. “Podemos, portanto, usar esta galáxia para investigar um período ainda mais precoce, e completamente desconhecido, da história cósmica.”

Durante um período após o Big Bang não havia oxigénio no Universo, já que este elemento foi criado através de processos de fusão nas primeiras estrelas e libertado para o espaço quando estas estrelas morreram. A deteção de oxigénio em MACS1149-JD1 indica que gerações anteriores de estrelas já se tinham formado e expelido oxigénio apenas 500 milhões de anos após o início do Universo.

Mas quando é que esta formação estelar anterior terá ocorrido? Para o descobrir, a equipa reconstruiu a história precoce de MACS1149-JD1 usando dados infravermelhos obtidos pelos Telescópios Espaciais Hubble da NASA/ESA e Spitzer da NASA. Os investigadores descobriram que o brilho observado da galáxia pode ser explicado por um modelo onde o início da formação estelar ocorreu apenas 250 milhões de anos após o início do Universo.

A maturidade das estrelas observadas em MACS1149-JD1 levanta a questão de quando é que as primeiras galáxias emergiram da escuridão total, uma época à qual os astrónomos chamam “madrugada cósmica“.

Ao estabelecer a idade de MACS1149-JD1, a equipa demonstrou realmente que as galáxias existiram mais cedo do que as que podemos detetar atualmente de forma direta.

Richard Ellis, astrónomo sénior da UCL e coautor do artigo conclui: “Determinar quando é que a madrugada cósmica ocorreu é semelhante na cosmologia e formação de galáxias a descobrir o Santo Graal. Com estas novas observações de MACS1149-JD1, aproximamo-nos de poder testemunhar de forma direta o nascimento da luz das estrelas! Uma vez que todos nós somos feitos de material estelar processado, o que isto significa é que nos aproximamos efetivamente de descobrir as nossas próprias origens cósmicas.”