Cientistas encontram galáxias massivas primitivas “sem combustível”

As primeiras galáxias massivas – aquelas que se formaram nos três mil milhões de anos após o Big Bang – deveriam conter grandes quantidades de gás hidrogénio frio, o combustível necessário para fabricar estrelas.

Contudo, os cientistas que observaram o Universo primitivo com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e com o Telescópio Espacial Hubble descobriram algo estranho: meia-dúzia de galáxias massivas primitivas que ficaram sem combustível. Os resultados da investigação foram publicados na revista Nature.

Estas seis galáxias desprovidas de formação estelar, selecionadas para observação pelo levantamento REQUIEM (REsolving QUIEscent Magnified galaxies at high redshift), são inconsistentes com o que os astrónomos esperam do Universo inicial.

“As galáxias mais massivas do Universo viveram depressa e furiosamente, criando as suas estrelas num período de tempo notavelmente curto. O gás, o combustível da formação estelar, deve ser abundante nestes primeiros tempos do Universo,” disse Kate Whitaker, autora principal do estudo e professor assistente de astronomia na Universidade de Massachusetts em Amherst, EUA.

“Originalmente, pensávamos que estas galáxias extintas ‘travaram a fundo’ apenas alguns milhares de milhões de anos após o Big Bang. Na nossa investigação, concluímos que as primeiras galáxias não pisaram realmente no travão, mas que ao invés estavam a ficar sem combustível.”

Para melhor compreender como as galáxias se formaram e morreram, a equipa observou-as com o Hubble, que revelou detalhes sobre as estrelas que residem nas galáxias.

Observações simultâneas com o ALMA revelaram a emissão contínua das galáxias – um rastreador de poeira – em comprimentos de onda milimétricos, permitindo que a equipa inferisse a quantidade de gás nas galáxias.

A utilização dos dois telescópios é propositada e cuidadosa, já que o objetivo do REQUIEM é usar lentes gravitacionais fortes como um telescópio natural para observar galáxias dormentes com resolução espacial mais alta. Isto, por sua vez, dá aos cientistas uma visão clara do que se passa no interior das galáxias, uma tarefa muitas vezes impossível naquelas sem combustível cósmico.

“Se uma galáxia não estiver a produzir muitas estrelas novas, torna-se muito ténue, muito depressa, de modo que é difícil ou impossível observá-la em detalhe com qualquer telescópio individual. O REQUIEM resolve isto estudando galáxias com lentes gravitacionais, o que significa que a sua luz é esticada e ampliada à medida que se dobra e se deforma em torno de outras galáxias muito mais perto da Via Láctea,” disse Justin Spilker, coautor do novo estudo.

“Desta forma, a lente gravitacional, em combinação com o poder de resolução e a sensibilidade do Hubble e do ALMA, atua como um telescópio natural e faz com que estas galáxias moribundas pareçam maiores e mais brilhantes do que na realidade são, permitindo-nos ver o que está a acontecer e o que não está a acontecer.”

As novas observações mostraram que a cessação da formação estelar nas seis galáxias alvo não foi provocada por uma súbita ineficiência na conversão de gás frio em estrelas. Em vez disso, foi o resultado do esgotamento e remoção dos reservatórios de gás nas galáxias.

“Ainda não entendemos porque é que isto acontece, mas é possível que ou o suprimento primário de gás que abastece a galáxia tenha sido cortado ou que talvez um buraco negro supermassivo esteja a injetar energia que mantém o gás na galáxia quente,” disse Christina Williams, astrónoma da Universidade do Arizona e coautor da investigação.

“Essencialmente, isto significa que as galáxias não conseguem reabastecer o ‘tanque de combustível’ e, portanto, não conseguem reiniciar o motor na produção estelar”, referiu.

O estudo também representa uma série de inovações importantes na medição das primeiras galáxias massivas, sintetizando informações que vão guiar, nos próximos anos, os estudos futuros do Universo primitivo.

“Estas são as primeiras medições do contínuo de poeira fria de galáxias dormentes distantes e, de facto, as primeiras medições deste tipo para lá do Universo local,” disse Whitaker, acrescentando que o novo estudo permitiu aos cientistas ver a quantidade de gás que cada galáxia moribunda individual tem.

“Fomos capazes de sondar o combustível da formação estelar nestas primeiras galáxias massivas com profundidade suficiente para fazer as primeiras medições de gás no seu ‘tanque de combustível’, o que nos deu um ponto de vista crítico das propriedades do gás frio destas galáxias.”

Embora a equipa saiba agora que estas galáxias estão sem combustível e que algo as está a impedir de reabastecer o seu tanque e assim formar novas estrelas, o estudo representa apenas a primeira de uma série de investigações sobre o que fez as primeiras galáxias massivas desaparecerem, ou não.

“Ainda temos muito que aprender sobre porque é que as galáxias mais massivas se formaram tão cedo no Universo e porque é que pararam a sua formação estelar quando tanto gás frio ainda estava disponível,” disse Whitaker.

“O simples facto de que estes monstros gigantescos do cosmos formaram 100 mil milhões de estrelas em apenas mil milhões de anos e, de repente, interromperam a sua formação estelar, é um mistério que todos gostaríamos de resolver, e o REQUIEM forneceu a primeira pista”, remata.