Astrônomos usando o Telescópio Espacial Hubble, da NASA, encontraram algo que não esperavam — luz ultravioleta de uma galáxia que existiu apenas 1,4 bilhão de anos após o big bang. Essa galáxia contém aglomerados densos de estrelas jovens que produzem luz ionizante capaz de transformar o gás opaco e neutro dentro e imediatamente ao redor da galáxia, limpando nossa visão. Isso sugere que galáxias semelhantes no início do universo foram responsáveis por dissipar a névoa neutra de gás de hidrogênio que antes preenchia o cosmos.
Um artigo descrevendo essa descoberta foi publicado em 23 de junho no Astrophysical Journal.
A galáxia, catalogada como MXDFz4.4, existiu no fim da Era da Reionização, um período transformador em nosso universo. Durante aproximadamente os primeiros 1 bilhão de anos do cosmos, o gás entre estrelas e galáxias era opaco à luz ultravioleta energética. Com o passar do tempo, o gás em todo lugar ficou transparente ou ionizado. A transição não foi como um interruptor liga/desliga, mas provavelmente levou centenas de milhões de anos. Os pesquisadores ainda estão reunindo evidências para entender completamente como isso aconteceu, e é por isso que MXDFz4.4 estabelece um precedente crítico.
“Observar uma galáxia como essa era considerado impossível”, disse o autor principal Ilias Goovaerts, bolsista de pós-doutorado no Space Telescope Science Institute (STScI), em Baltimore. “Os pesquisadores esperavam que a ‘névoa’ ou hidrogênio neutro que preenchia o universo primitivo fosse espessa demais e obscurecesse nossa visão da luz ionizante. O Hubble não apenas detectou essa luz, como também ajudou a revelar detalhes incríveis sobre as características da galáxia.”
Imagens detalhadas em luz visível do Hubble mostram que vários surtos de estrelas mais jovens limparam o espaço dentro e ao redor da galáxia MXDFz4.4. Astrônomos há muito procuram evidências para explicar essa transição — e o Hubble forneceu o primeiro exemplo nesse período.
Imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, Ilias Goovaerts (STScI), Marc Rafelski (STScI, JHU), Anton Koekemoer (STScI); Processamento de imagem: Alyssa Pagan (STScI)
Grande “escape” de luz
Estrelas jovens e massivas emitem luz ultravioleta capaz de ionizar átomos de hidrogênio. À medida que essa luz viajou por mais de 12 bilhões de anos até chegar ao Hubble, o espaço se expandiu e a luz se estendeu, ou sofreu redshift, até a faixa de luz visível. A cobertura de comprimentos de onda do Hubble, combinada com a sensibilidade e a resolução do seu ponto de vista no espaço, faz dele o único telescópio capaz de captar essa luz ultravioleta do universo primitivo.
“Astrônomos encontraram muitas galáxias que existiam nesse ponto da história do universo, mas não detectamos fótons ionizantes a partir de nenhuma delas, o que torna MXDFz4.4 única”, disse Marc Rafelski, coautor e chefe adjunto da missão do Hubble no STScI.
As longas exposições do Hubble, obtidas a partir de várias pesquisas já existentes, revelaram que as estrelas jovens e massivas da galáxia são a fonte da luz ultravioleta, que limpou o espaço ao redor. Essas estrelas se formaram em surtos nos últimos poucos milhões de anos da existência de MXDFz4.4 e estão aglomeradas.
Amplificando esse efeito de aglomeração, MXDFz4.4 tem cerca de 100 vezes menos área do que a nossa galáxia Via Láctea, mas está formando estrelas 10 vezes mais rápido.
“Um grande número de estrelas jovens, quentes e massivas em um espaço pequeno faz um trabalho melhor de atravessar o gás opaco”, disse Goovaerts. Os pesquisadores estimam que 50 a 100% da luz ionizante energética das estrelas jovens está escapando do gás ao redor.
A vida das estrelas massivas também desempenha um papel, já que elas vivem apenas por alguns milhões de anos. Muitas explodem como supernovas, liberando quantidades gigantescas de energia e abrindo enormes cavidades que permitem que ainda mais luz escape.
Essa ilustração retrata a galáxia MXDFz4.4 quando existia 1,4 bilhão de anos após o big bang. Nesse período, o universo ainda era uma mistura de gás opaco e transparente, enquanto a Era da Reionização terminava gradualmente.
Ilustração: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)
Parceria com outros observatórios
O Hubble não poderia fazer isso sozinho. Essas conclusões são apoiadas por dados de pesquisas obtidos pelo NASA’s James Webb Space Telescope em luz no infravermelho próximo e pelo MUSE eXtremely Deep Field, ou MXDF, o nome da galáxia, capturado pelo Very Large Telescope (VLT) da European Southern Observatory (ESO) em luz visível.
A equipe usou os dados do Webb para determinar a massa da galáxia, analisar suas estrelas mais antigas e medir o histórico de formação estelar da galáxia. As estrelas mais antigas são menos massivas e mais frias, e portanto não são responsáveis por alterar o gás ao redor delas.
A comparação entre os dados do Hubble e do Webb também mostrou que a formação estelar recente aconteceu em surtos. “Sem o Webb para esclarecer o que vimos nas imagens do Hubble, não conseguiríamos chegar a essas conclusões”, disse Rafelski.
Os dados do VLT indicaram quando MXDFz4.4 existiu: 1,4 bilhão de anos após o big bang. Antes dessa descoberta, os pesquisadores só haviam identificado uma galáxia emitindo luz ionizada a partir de um período em que o universo tinha 1,6 bilhão de anos. Apenas alguns exemplos adicionais foram identificados, e eles existiam quando o universo tinha cerca de 2 bilhões de anos. MXDFz4.4 aproxima os pesquisadores de conclusões mais firmes sobre como a Era da Reionização se desenrolou.
Expandindo o que sabemos
Estudar a Era da Reionização é um esforço de décadas. Pesquisadores usam estatísticas sobre populações de estrelas em galáxias próximas, que podemos observar em grande detalhe, para fazer suposições bem fundamentadas sobre o que pode estar acontecendo em galáxias no início do universo, em parte porque suas populações estelares estão longe demais para serem resolvidas em qualquer detalhe.
Em 2023, pesquisadores usando o Webb mostraram que as estrelas das galáxias emitiram luz suficiente para aquecer e ionizar o gás ao redor delas 900 milhões de anos após o big bang. Isso foi um avanço, mas astrônomos precisam de galáxias como MXDFz4.4 para explicar completamente como o processo aconteceu, já que ela mostra como a luz de alta energia das estrelas jovens conseguiu escapar do gás e da poeira dentro da própria galáxia.
É possível que outras galáxias como MXDFz4.4 estejam esperando para ser descobertas.
“As observações do Hubble sobre MXDFz4.4 nos permitem testar nossas hipóteses muito mais perto da Era da Reionização do que nunca”, disse Rafelski. “Encontrar mais galáxias, especialmente em tempos cósmicos um pouco mais tardios, quando amostras maiores estiverem ao alcance, nos permitiria refinar essas medições e descobrir o que limpou nossa visão enquanto essa era estava chegando ao fim.”
O Telescópio Espacial Hubble opera há mais de três décadas e continua a fazer descobertas revolucionárias que moldam nosso entendimento fundamental do universo. O Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA (Agência Espacial Europeia). O Goddard Space Flight Center da NASA, em Greenbelt, Maryland, gerencia o telescópio e as operações da missão. A Lockheed Martin Space, com sede em Denver, também apoia as operações da missão no Goddard. O Space Telescope Science Institute, em Baltimore, operado pela Association of Universities for Research in Astronomy, realiza as operações científicas do Hubble para a NASA.
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Imagens e vídeos relacionados
Galáxia MXDFz4.4 (Imagem do Hubble e do Webb)
Imagens detalhadas em luz visível do Hubble revelam que vários surtos de estrelas mais jovens limparam o espaço dentro e ao redor da galáxia MXDFz4.4. Astrônomos há muito procuram evidências para explicar essa transição — e o Hubble forneceu o primeiro exemplo nesse período.
Galáxia MXDFz4.4 (Conceito do artista)
Essa ilustração retrata a galáxia MXDFz4.4 quando existia 1,4 bilhão de anos após o big bang. Nesse período, o universo ainda era uma mistura de gás opaco e transparente, enquanto a Era da Reionização termin
