As galáxias gigantescas que vemos no Universo hoje, incluindo a nossa Via Láctea, começaram muito menores. As fusões ocorridas ao longo dos 13,7 bilhões de anos do Universo formaram gradualmente as galáxias maciças de hoje. Mas elas podem ter começado como meros aglomerados de estrelas.

Em um esforço para entender as galáxias mais antigas, o JWST examinou sua luz antiga em busca de pistas sobre como elas se tornaram tão grandes.

O JWST pode efetivamente ver de volta no tempo, quando o Universo tinha apenas cerca de 5% da idade atual. Nesse passado distante, as estruturas que viriam a se tornar tão maciças quanto a Via Láctea, e até mesmo maiores, eram apenas cerca de 1/10.000 vezes mais maciças do que são agora. Que pistas o potente telescópio espacial infravermelho pode revelar que nos mostram como as galáxias se tornaram tão grandes?

Um novo artigo apresenta observações do JWST de uma galáxia em redshift z~8,3. Nesse redshift, a luz está viajando há mais de 13 bilhões de anos e começou sua jornada apenas 600 milhões de anos após o Big Bang.

A galáxia, chamada Firefly Sparkle, contém uma rede de aglomerados de estrelas maciças que são evidências de como as galáxias crescem.

O artigo é “The Firefly Sparkle: The Earliest Stages of the Assembly of A Milky Way-type Galaxy in a 600 Myr Old Universe“. O autor principal é Lamiya Mowla, astrônomo observacional e professor assistente de Física e Astronomia no Wellesley College. O artigo está em pré-impressão e ainda não foi revisado por pares.

“O Firefly Sparkle oferece um estudo de caso sem precedentes de uma galáxia semelhante à Via Láctea nos estágios iniciais de sua formação em um Universo de apenas 600 milhões de anos”.

De Mowla et al. 2024

Apesar da potência do JWST, essa galáxia antiga e distante só é visível por meio das lentes gravitacionais de um aglomerado maciço de galáxias em primeiro plano. As lentes fazem com que o Firefly Sparkle apareça como um arco. Duas outras galáxias também estão nas proximidades, chamadas Firefly BF (Melhor Amigo) e Firefly NBF (Novo Melhor Amigo).

“O Firefly Sparkle exibe as características esperadas de uma futura galáxia do tipo da Via Láctea capturada durante seu
estágio de formação mais antigo e mais rico em gás”, escrevem os autores. A massa da jovem galáxia está concentrada em 10 aglomerados, que variam de cerca de 200.000 massas solares a 630.000 massas solares. De acordo com os autores, esses aglomerados “se encontram na fronteira entre galáxias de baixa massa e aglomerados globulares de alta massa”.

Esses aglomerados são importantes porque são pistas de como a galáxia está crescendo. Os pesquisadores conseguiram avaliar as idades dos aglomerados e seus históricos de formação de estrelas. Descobriram que eles passaram por uma explosão de formação de estrelas mais ou menos na mesma época.

“As idades dos aglomerados sugerem que eles estão gravitacionalmente ligados a históricos de formação de estrelas que mostram uma recente explosão estelar, possivelmente desencadeada pela interação com uma galáxia companheira no mesmo redshift a uma distância projetada de ~2 kpc do Firefly Sparkle.”

Há dois candidatos para a galáxia que está interagindo: Firefly Best Friend (BF) e Firefly New Best Friend (NBF). Mas a NBF está a cerca de 13 kpcs de distância, enquanto a BF está a cerca de dois kpcs de distância, tornando a BF a provável interagente.

“Características fracas de baixo brilho superficial são visíveis nos cantos do arco próximo ao vizinho, sugerindo uma possível interação entre as duas galáxias que pode ter desencadeado uma explosão de formação de estrelas em ambas”, explicam os pesquisadores.

Os pesquisadores deram atenção especial ao aglomerado central. Eles descobriram que a temperatura é extremamente alta, em torno de 40.000 Kelvin (40.000 C; 72.000 F.). Ele também tem uma função de massa inicial de topo pesado, um sinal de que se formou em um ambiente muito pobre em metais. Essas observações e outras evidências mostram que o Firefly Sparkle é muito provavelmente um progenitor de galáxias como a nossa. Por essas razões, “… a Firefly Sparkle oferece um estudo de caso sem precedentes de uma galáxia semelhante à Via Láctea nos estágios iniciais de sua formação em um Universo de apenas 600 milhões de anos”.
em um Universo de apenas 600 milhões de anos”, escrevem os autores.

Felizmente, os pesquisadores por trás desses resultados têm uma poderosa simulação de supercomputador para comparar as observações. Ela é chamada Illustris TNG. Trata-se de uma simulação magneto-hidrodinâmica cosmológica maciça baseada em um modelo físico abrangente do Universo. O Illustris TNG fez três execuções, chamadas TNG50, TNG 100 e TNG 300. Os pesquisadores compararam seus resultados com o TNG 50.

Encontrar esses antigos aglomerados de estrelas é intrigante, mas não podemos presumir que eles sobreviverão intactos. Há forças de maré e de evaporação em ação. Os autores examinaram a estabilidade dos aglomerados estelares individuais e como eles se comportarão ao longo do tempo.

“Espera-se que a maioria desses aglomerados de estrelas sobreviva até o universo atual e se expanda e depois se desfaça para formar o disco estelar e o halo da galáxia”, explicam os autores. “A única maneira de sobreviverem é serem expulsos para grandes distâncias, longe do denso campo de maré da galáxia.” Os que são expulsos podem persistir como aglomerados globulares.

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Um dos principais objetivos científicos do JWST é estudar como as galáxias se formaram e evoluíram no início do Universo. Ao encontrar uma em que os aglomerados ainda estão se formando, o telescópio espacial está atingindo seu objetivo.

“O Firefly Sparkle representa uma das primeiras observações espectrofotométricas do JWST de uma galáxia extremamente lenteada se reunindo em altos redshifts, com aglomerados que estão em processo de formação em vez de serem vistos em épocas posteriores”, concluem os autores.

Este artigo foi republicado do Universe Today. Leia o artigo original.