'Máquina do tempo' revela estrutura das galáxias mais antigas do Universo

Um novo estudo transformou o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), localizado no deserto do Atacama, no Chile, em uma verdadeira máquina do tempo cósmica. Com a ajuda desse sofisticado conjunto de 66 antenas de rádio, astrônomos conseguiram observar o universo como ele era há aproximadamente 13 bilhões de anos, cerca de um bilhão de anos após o Big Bang.

A pesquisa, batizada de CRISTAL, revelou estruturas ocultas dentro das primeiras galáxias do cosmos e pode ajudar a entender como se formaram as galáxias modernas — inclusive a Via Láctea.

Segundo inflormações do portal Live Science, o estudo focou em 39 galáxias ativas em formação de estrelas nos primórdios do universo. Para isso, contou também com dados complementares dos telescópios espaciais James Webb (JWST) e Hubble. As galáxias foram cuidadosamente selecionadas para representar a população galáctica predominante pouco depois do surgimento do universo.

Segundo Rodrigo Herrera-Camus, pesquisador principal do projeto, o ALMA permitiu analisar essas galáxias com uma precisão inédita. "O CRISTAL está nos mostrando como os primeiros discos galácticos se formaram, como as estrelas surgiram em aglomerados gigantes e como o gás moldou as galáxias que vemos hoje", afirmou.

De acordo com a fonte, a chave para essas descobertas foi a análise da emissão de linha [CII], produzida por átomos de carbono ionizados em gás interestelar frio. Essa emissão atua como um marcador de gás e poeira em regiões de formação estelar. A partir dela, os cientistas conseguiram montar mapas detalhados do meio interestelar — a matéria difusa entre as estrelas — dessas galáxias distantes.

Esses mapas revelaram que as estrelas se formavam em aglomerados gigantescos, com milhares de anos-luz de extensão. Em várias galáxias, a emissão [CII] ia além da região onde as estrelas estavam visivelmente concentradas, sugerindo a presença de vastas reservas de gás frio, prontas para formar novas estrelas ou, alternativamente, sendo expelidas por ventos estelares gerados por estrelas recém-nascidas.

Além disso, algumas das galáxias analisadas apresentavam sinais de rotação, o que sugere que estavam no processo de se achatarem em discos — uma característica típica de galáxias espirais, como a nossa. Segundo Loreto Barcos-Muñoz, cientista do National Radio Astronomy Observatory (NRAO), "o mais empolgante sobre o CRISTAL é que não estamos vendo apenas pontos de luz distantes, mas ecossistemas galácticos complexos".

Entre as galáxias estudadas, duas se destacaram: CRISTAL-13 e CRISTAL-10. A primeira está envolta por imensas nuvens de poeira que bloqueiam a luz visível de suas estrelas recém-formadas. Essas nuvens absorvem a radiação visível e a reemitem em comprimentos de onda que o ALMA consegue detectar, permitindo aos astrônomos observar estruturas que estariam invisíveis a telescópios ópticos ou mesmo infravermelhos como o JWST.

Já a galáxia CRISTAL-10 apresentou uma emissão de carbono ionizado extremamente fraca, contrastando com seu brilho no infravermelho. Esse padrão incomum é normalmente associado a galáxias altamente obscurecidas, como a Arp 220. Os cientistas acreditam que isso indica condições físicas extremas em seu meio interestelar ou a presença de alguma fonte intensa de energia oculta dentro da galáxia.

Papel do observatório

Sergio Martín, chefe de operações científicas do ALMA, destacou o papel do observatório: “Essas observações mostram como o ALMA pode funcionar como uma máquina do tempo, revelando os estágios iniciais do universo com uma profundidade e resolução que nenhum outro instrumento alcança. Programas como o CRISTAL são essenciais para responder às grandes perguntas sobre a evolução cósmica.”

A pesquisa não só ampliou nossa compreensão do passado do universo, como também lançou as bases para estudos futuros. Ao comparar os dados sobre gás e poeira com o conteúdo estelar dessas galáxias, os cientistas podem rastrear como sistemas primitivos, turbulentos e caóticos deram origem a galáxias bem estruturadas como a Via Láctea.

"O CRISTAL fornece o tipo de dados de vários comprimentos de onda que nos permitem testar e refinar nossas teorias de evolução de galáxias", concluiu Herrera-Camus. "Este é um passo importante para entender como galáxias como a nossa Via Láctea surgiram." A pesquisa foi publicada em 30 de junho na revista Astronomy & Astrophysics.