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Galáxias ocultas podem ser peça que faltava no quebra-cabeça cósmico

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Um artigo publicado nesta quinta-feira (10) na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society revela a possível descoberta de uma população de galáxias “escondidas”, que pode mudar tudo o que se sabe sobre a formação e evolução do Universo. Se confirmado, os modelos atuais sobre o número de galáxias e sua história podem estar incompletos – ou mesmo errados.

Essas galáxias seriam tão fracas e distantes que nunca haviam sido detectadas antes. No entanto, mesmo invisíveis aos telescópios tradicionais, sua luz infravermelha pode ter um papel importante no “balanço energético” do Universo. Segundo os cientistas, a luz combinada dessas galáxias poderia preencher exatamente a quantidade de energia infravermelha que faltava nas medições anteriores.

A descoberta surgiu a partir da imagem mais profunda já feita do Universo em luz infravermelha distante. A imagem foi criada por uma equipe liderada pelo centro britânico STFC RAL Space e pelo Imperial College London, usando dados do telescópio espacial Herschel, da Agência Espacial Europeia (ESA). Quase duas mil galáxias distantes aparecem nesse “retrato profundo” do cosmos.

Galáxias empoeiradas são ambiente ideal para formação de estrelas

Líder do estudo, o astrofísico Chris Pearson, do STFC RAL Space, disse em um comunicado que os cientistas “foram além do que normalmente conseguimos enxergar” e podem ter revelado uma nova classe de galáxias, antes ocultas por sua fraqueza e pela poeira cósmica. “Estamos sondando a luz mais fraca já observada no Universo”.

Para construir essa imagem ultradetalhada, os astrônomos empilharam 141 registros diferentes captados pelo instrumento SPIRE do Herschel. A sobreposição das imagens permitiu enxergar muito mais fundo no Universo do que qualquer outra observação anterior do telescópio. O resultado foi chamado de “Herschel-SPIRE Dark Field”.

Com essa técnica, foi possível enxergar galáxias extremamente empoeiradas – ambientes ideais para a formação de novas estrelas. Além disso, a imagem ajudou os cientistas a entender melhor como varia a quantidade de galáxias em diferentes níveis de brilho e qual a contribuição de cada uma para a energia total do Universo.

No entanto, a profundidade da imagem trouxe um desafio: as galáxias começaram a se sobrepor tanto que ficou difícil distinguir onde começava uma e terminava outra. Segundo o pesquisador Thomas Varnish, do MIT, foi preciso recorrer à estatística para tentar decifrar o “borrão” cósmico. Ele é autor de um segundo artigo da mesma pesquisa, com foco nessa análise.

Varnish explicou que, ao aplicar técnicas específicas, foi possível detectar sinais de uma população inteira de galáxias fracas que estavam escondidas na imagem. “Elas são tão apagadas que não podem ser vistas pelos métodos convencionais. Mas parecem estar lá”. Se confirmadas, essas galáxias obrigariam a ciência a rever o que se entende hoje sobre o crescimento do Universo.

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Uma visão para olhos mais apurados

Agora, os pesquisadores querem buscar mais evidências observando o céu em outros comprimentos de onda. O objetivo é confirmar a existência dessas galáxias e entender seu papel na história do cosmos. Como muitas delas estão envoltas em poeira, só telescópios sensíveis à luz infravermelha conseguem “enxergar” suas emissões.

Pearson explica que, ao observar o Universo com telescópios normais, os astrônomos veem apenas metade da história. “A outra metade está escondida pela poeira interestelar. Essa poeira absorve a luz das estrelas e reemite em forma de radiação infravermelha”. Para entender o todo, é preciso ver o céu tanto na luz visível quanto na infravermelha.

Imagem das galáxias ocultas obtida pelo SPIRE em 500 micrômetros. Crédito: Chris Pearson et al.

O telescópio espacial Herschel, ativo entre 2009 e 2013, foi projetado justamente para estudar o Universo nessa faixa de luz. Seu instrumento SPIRE era responsável por observar os comprimentos de onda mais longos do infravermelho. Mesmo após mais de uma década, seus dados continuam rendendo novas descobertas.

David Clements, astrofísico do Imperial College e coautor da pesquisa, destacou o valor duradouro do legado do Herschel. “Ainda estamos tirando conclusões importantes a partir dos dados dele, mais de 10 anos depois. Mas agora precisamos de novos instrumentos para avançar”.

É por isso que os cientistas estão propondo uma nova missão: o telescópio PRIMA (sigla em inglês para algo como “Missão Sonda de Infravermelho Distante para Astrofísica”). A ideia é criar um observatório com capacidade para observar o Universo em infravermelho distante, cobrindo uma lacuna deixada entre o James Webb e os radiotelescópios. A proposta, apoiada por várias instituições do Reino Unido, já está nas mãos da NASA.

O PRIMA seria um telescópio com espelho de 1,8 metro, projetado para capturar imagens e fazer análises espectrais em luz infravermelha. Ele é uma das duas propostas finalistas para a próxima missão científica da NASA, no valor de US$1 bilhão. A decisão final deve sair em 2026. Até lá, as galáxias ocultas continuarão desafiando os limites da nossa compreensão do Universo.

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Universo guarda ‘tanque de combustível’ estelar em aglomerado de galáxias

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Um “tanque de combustível cósmico” acaba de ser descoberto por uma equipe de astrônomos em um aglomerado de galáxias em formação, a 12 bilhões de anos-luz da Terra. 

Trata-se de um enorme reservatório de gás molecular frio que pode alimentar uma explosão de nascimento de estrelas durante centenas de milhões de anos. A estrutura foi localizada no protoaglomerado SPT2349-56, um conjunto de galáxias ainda em fase inicial de desenvolvimento.

Em poucas palavras:

  • Astrônomos descobriram um reservatório gigante de gás frio em um protoaglomerado a 12 bilhões de anos-luz da Terra;
  • Esse gás pode sustentar a formação intensa de estrelas por centenas de milhões de anos;
  • Diferentemente do esperado, o material está espalhado fora das galáxias, favorecendo esse surto estelar;
  • O sistema abriga mais de 30 galáxias jovens, formando estrelas muito acima do ritmo previsto;
  • Entre elas, há galáxias ultraluminosas raras, mas sem sinais de fusão violenta;
  • A descoberta oferece uma janela única para entender a origem dos grandes aglomerados do Universo.

O achado foi descrito em um artigo publicado na revista científica The Astrophysical Journal Letters. Segundo os autores, o gás pode ser a fonte de matéria-prima para a formação de estrelas em ritmo acelerado. No futuro, essa mesma substância pode se transformar em gás quente e difuso, comum em aglomerados de galáxias maduros. A descoberta ajuda a entender como esses gigantes cósmicos se formam.

Ilustração do gás molecular ao redor do núcleo do protoaglomerado SPT2349-56. Crédito: MPIfR/N.Sulzenauer

Os dados foram obtidos com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), localizado no deserto do Atacama, no Chile. Com 66 antenas, o radiotelescópio permite captar ondas milimétricas emitidas por gás e poeira no espaço. “Encontramos uma quantidade surpreendente de gás molecular no SPT2349-56, bem mais do que o esperado”, afirmou Dazhi Zhou, pesquisador da Universidade da Colúmbia Britânica e líder do estudo, em entrevista ao Space.com.

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Distribuição incomum de gás alimenta galáxias

Esse gás não parece estar preso dentro de galáxias específicas, mas sim espalhado pelo ambiente ao redor. Isso é incomum, já que normalmente o gás molecular – essencial para formar estrelas – fica concentrado dentro das galáxias. O fato de estar tão distribuído pode explicar como tantas galáxias ali estão formando estrelas de maneira tão intensa.

Segundo Zhou, o processo pode durar cerca de 400 milhões de anos. “É como se esse reservatório funcionasse como um abastecimento contínuo para a produção de novas estrelas”. 

Protoaglomerados como o SPT2349-56 são os ancestrais dos grandes aglomerados de galáxias. São regiões densas, com galáxias jovens ainda se organizando e passando por surtos de formação estelar. Observar esses sistemas é como olhar para o passado profundo do Universo e testemunhar o nascimento de estruturas colossais.

Zhou destacou que a quantidade de estrelas que estão se formando ali é muito maior do que as previsões dos modelos atuais de simulação do Universo. Mais de 30 galáxias se concentram em uma área do tamanho de Andrômeda – uma das galáxias mais próximas da nossa Via Láctea – mas estão criando estrelas 10 mil vezes mais rápido.

14 das galáxias bebês do protoaglomerado SPT2349-56 observadas pelo telescópio ALMA Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Pesquisa ajuda a desvendar nascimento dos aglomerados

Outro dado surpreendente: os astrônomos encontraram mais de 10 galáxias infravermelhas ultraluminosas (ULIRGs) dentro do protoaglomerado. Essas galáxias são muito raras e costumam ser formadas por fusões violentas entre outras galáxias. Porém, não há sinais claros dessas colisões no SPT2349-56, o que aumenta ainda mais o mistério.

A resposta pode estar no gás recém-descoberto. Fora das galáxias, o gás costuma ser mais quente e em forma atômica. Mas, neste caso, o excesso de gás molecular (que é mais frio e denso) indica que algo diferente está acontecendo. Para os cientistas, isso abre uma nova janela para entender como o Universo se organizou.

Representação artística de galáxias ultraluminosas no protoaglomerado SPT2349-56. Crédito: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello

Zhou acredita que o ALMA capturou esse sistema em um momento raro e breve de sua evolução. Em fases posteriores, as galáxias devem se fundir de forma tão intensa que as pistas sobre suas origens podem desaparecer. O SPT2349-56, portanto, é uma chance única de investigar o nascimento de grandes aglomerados.

Agora, os pesquisadores querem descobrir de onde veio esse gás, como ele se comporta e o que acontecerá com ele no futuro. “Ainda não sabemos se ele vai esfriar e virar mais estrelas ou se vai aquecer e se espalhar no aglomerado”, disse Zhou. A resposta pode ajudar a desvendar um dos principais mistérios sobre a formação de galáxias no Universo primitivo.

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Descoberta cósmica comprova teoria de Einstein

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O Telescópio Espacial James Webb (JWST, na conversão direta) voltou a surpreender a comunidade científica ao capturar uma formação surpreendente, onde a luz de uma galáxia distante foi curvada de forma a criar um anel luminoso. Esse fenômeno, conhecido como anel de Einstein, é um dos testes mais impressionantes da Teoria da Relatividade, de Albert Einstein, que prevê como a massa pode distorcer o tecido do espaço-tempo.

Na imagem inédita, duas galáxias se apresentam em alinhamento quase perfeito. No primeiro plano, uma galáxia massiva, de perfil elíptico e com núcleo brilhante, atua como lente gravitacional.

Essa galáxia, parte de aglomerado identificado como SMACSJ0028.2-7537, distorce a luz proveniente de uma segunda galáxia, localizada muito além.

O resultado é a formação de um anel de luz, onde detalhes surpreendentes, como aglomerados estelares e estruturas de gás, podem ser distinguidos, revelando que a galáxia mais remota possui padrão espiral.

Lente gravitacional em galáxias observadas pelo James Webb (Imagem: ESA/Webb, NASA & CSA, G. Mahler)

Mais detalhes sobre a formação que comprova teoria de Einstein

  • Embora à primeira vista pareça tratar-se de uma única estrutura cósmica, a imagem esconde a interação de dois corpos celestes;
  • Essa distorção ocorre porque a imensa gravidade da galáxia mais próxima dobra a trajetória da luz que vem da galáxia ao fundo, efeito que só é perceptível em escalas astronômicas tão grandiosas;
  • Os especialistas da Agência Espacial Europeia (ESA, na sigla em inglês) ressaltam que tais fenômenos servem como laboratórios naturais para estudar objetos que, de outra forma, seriam demasiado tênues e distantes para serem observados;
  • O anel formado só aparece quando o observador, o objeto massivo e a fonte de luz estão alinhados com precisão;
  • Quando isso acontece, a curvatura da luz cria círculo completo ou porção dele ao redor da galáxia intermediária;
  • Esse alinhamento raro possibilita que os cientistas investiguem não apenas as características da galáxia que atua como lente, mas, também, aquelas da galáxia cuja luz foi desviada.

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Os dados que originaram essa imagem foram coletados no âmbito do programa Strong Lensing and Cluster Evolution (SLICE), coordenado pelo astrônomo Guillaume Mahler, da Universidade de Liège (Bélgica).

A iniciativa, que abrange a análise de 182 aglomerados de galáxias através do instrumento Near-InfraRed Camera do James Webb, promete aprofundar o entendimento sobre a evolução dos aglomerados ao longo de oito bilhões de anos.

Complementando essas observações, os cientistas também utilizaram informações dos instrumentos do Telescópio Espacial Hubble, ampliando a riqueza dos detalhes captados.

Essa descoberta não só reforça os princípios estabelecidos por Einstein, mas, também, abre caminho para futuras investigações sobre os mistérios do Universo, permitindo que a humanidade visualize, de forma ainda mais detalhada, a dança das galáxias e a incrível influência da gravidade no cosmos.

Albert Einstein com a língua de fora
Famosa foto de Albert Einstein feita em 1951 (Imagem: Arthur Sasse)

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James Webb descobre galáxia que não deveria existir no início do Universo

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Um artigo publicado na quarta-feira (26) na revista Nature descreve uma descoberta intrigante feita pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST), da NASA. O equipamento detectou uma galáxia extremamente distante, batizada de JADES-GS-z13-1, que parece desafiar tudo o que a ciência entende sobre o início do Universo.

A galáxia JADES-GS-z13-1 foi identificada com um desvio para o vermelho de 13, o que significa que a luz emitida por ela viajou aproximadamente 13 bilhões de anos até chegar até nós. Isso nos permite enxergá-la como era quando o Universo tinha apenas 330 milhões de anos, logo após o Big Bang. 

Em poucas palavras:

  • O telescópio James Webb encontrou a galáxia JADES-GS-z13-1, localizada a 13 bilhões de anos-luz;
  • Ela surgiu quando o Universo tinha apenas 330 milhões de anos, pouco após o Big Bang;
  • Os cientistas detectaram nela a linha Lyman-alfa, sinal de hidrogênio que não deveria aparecer tão cedo;
  • Esse sinal indica que a névoa de hidrogênio do Universo primitivo já havia sumido naquela região;
  • A descoberta desafia as teorias atuais e pode obrigar a rever o que se sabe sobre as primeiras galáxias.
Galáxia JADES GS-z13-1 (ponto vermelho no centro), fotografada com a NIRCam (Near-Infrared Camera) do Telescópio Espacial James Webb. Crédito: NASA, ESA, CSA, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA), Joris Witstok (Cambridge, Universidade de Copenhague), p. Jakobsen (Universidade de Copenhague), Alyssa Pagão (STScI), Mahdi Zamani (ESA/Webb), Colaboração JADES

Galáxias mais antigas já foram registradas, mas essa intrigou os cientistas por um detalhe específico. Ao analisar a luz vinda dela, os cientistas identificaram um forte sinal chamado linha de emissão Lyman-alfa, associado ao hidrogênio, principal componente das estrelas. 

Ocorre que esse tipo de radiação não deveria ser visível naquele momento do cosmos. Isso porque, segundo as teorias, o Universo primitivo estava coberto por uma espécie de névoa de hidrogênio neutro que bloqueava essa luz.

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Cientistas se surpreendem com descoberta do telescópio James Webb

Essa névoa começou a se dissipar apenas quando as primeiras estrelas e galáxias surgiram em grande número, num processo conhecido como reionização. Os astrônomos acreditam que essa fase só foi concluída cerca de um bilhão de anos após o Big Bang. No entanto, a presença clara da linha Lyman-alfa em uma galáxia tão antiga sugere que, de alguma forma, a luz conseguiu atravessar esse nevoeiro muito antes do esperado.

A galáxia JADES-GS-z13-1 mostra uma emissão brilhante de hidrogênio conhecida como emissão de Lyman-alfa. Isso é surpreendente porque essa emissão deveria ter sido absorvida por uma densa névoa de hidrogênio neutro que inundou o Universo primitivo. Créditos: NASA, ESA, CSA, S. Carniani (Scuola Normale Superiore), p. 100. Jakobsen (Universidade de Copenhague), Joseph Olmsted (STScI)

“É surpreendente ver uma assinatura tão clara dessa radiação quando o Universo ainda era jovem e opaco”, afirmou Roberto Maiolino, da Universidade de Cambridge, na Inglaterra, um dos autores do estudo, em um comunicado. Ele diz que isso contradiz os modelos existentes que explicam a formação das primeiras galáxias. A detecção dessa linha de emissão sugere que a região ao redor da galáxia já estava livre da névoa de hidrogênio, o que não deveria ter acontecido tão cedo.

Para os cientistas, encontrar essa galáxia é como ver um farol atravessando um nevoeiro denso antes do amanhecer. Segundo Kevin Hainline, da Universidade do Arizona, também membro da equipe, todos ficaram impressionados. “É insano ver essa linha no desvio para o vermelho 13”, disse ele. 

Até o momento, os astrônomos não sabem explicar como a luz conseguiu escapar. Uma das hipóteses sugere que a galáxia JADES-GS-z13-1 pode estar cercada por uma grande bolha de gás ionizado, criada por estrelas muito quentes e massivas. Outra possibilidade seria a presença de um buraco negro supermassivo no centro da galáxia, que poderia ter aberto um caminho para a radiação.

Segundo os pesquisadores, novas observações com o James Webb serão essenciais para entender se essa galáxia é uma exceção ou se há algo muito errado com as teorias atuais sobre o nascimento do Universo.

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Galáxia mais antiga já vista revela a mais distante evidência de oxigênio no Universo

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JADES-GS-z14-0, a galáxia mais distante já identificada, emite luz de quando o Universo tinha menos de 300 milhões de anos. Apesar do tamanho modesto em comparação à Via Láctea, ela é uma intensa fábrica de estrelas. Agora, dois grupos de cientistas detectaram oxigênio por lá – a descoberta mais remota desse elemento já registrada.

A presença de oxigênio é um marco importante. No início do Universo, apenas hidrogênio, hélio e pequenas quantidades de lítio foram criados no Big Bang. Elementos mais pesados, como o oxigênio, surgiram dentro de estrelas, quando o hélio passou a ser fundido. Isso indica que JADES-GS-z14-0 já havia passado por um estágio avançado de evolução estelar, muito além do esperado para uma galáxia tão jovem.

“É como encontrar um adolescente onde só esperávamos bebês”, comparou Sander Schouws, pesquisador do Observatório de Leiden e autor principal de um dos estudos, em um comunicado. Segundo ele, os resultados indicam que essa galáxia se formou e evoluiu rapidamente, reforçando evidências de que a criação das primeiras galáxias aconteceu mais depressa do que o imaginado.

Galáxia JADES-GS-z14-0, como era 294 milhões de anos após o Big Bang, vista pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST), da NASA. Créditos: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA)

Galáxia JADES-GS-z14-0 foi descoberta pelo Telescópio James Webb

Descoberta em 2023 pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST), a galáxia foi analisada pelo Atacama Large Millimeter Array (ALMA), no Chile. Os dados revelaram que JADES-GS-z14-0 contém dez vezes mais elementos pesados do que o previsto. Essa composição química inesperada sugere um processo de formação galáctica acelerado nos primórdios do cosmos.

JADES-GS-z14-0 – a galáxia mais distante conhecida até hoje – observada com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Os dois espectros no destaque resultam de análises independentes dos dados do ALMA feitas por duas equipes científicas. Ambas encontraram uma linha de emissão de oxigênio, tornando esta a detecção mais distante do elemento, quando o Universo tinha apenas 294 milhões de anos. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Carniani et al./S. Schouws et al/JWST: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA)

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“Os resultados abriram uma nova perspectiva sobre as primeiras fases da evolução das galáxias”, afirmou Stefano Carniani, da Scuola Normale Superiore de Pisa, principal autor do segundo estudo. Para ele, a maturidade química dessa galáxia recém-formada levanta questões sobre quando e como as primeiras estruturas do Universo surgiram.

Além da composição química, os dados do ALMA ajudaram a determinar com mais precisão a idade da galáxia: cerca de 294 milhões de anos após o Big Bang. Sua intensidade de brilho pode permitir novas observações detalhadas nos próximos anos, ampliando a compreensão da evolução cósmica.

O astrônomo Gergö Popping, do Observatório Europeu do Sul (ESO), que não participou dos estudos, também se impressionou com a descoberta. “Essa detecção clara de oxigênio sugere que as galáxias podem ter se formado mais rápido do que pensávamos”. Segundo ele, o ALMA tem um papel essencial em desvendar as condições que moldaram as primeiras galáxias do Universo.

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