Aglomerados estelares foram registrados no Universo com menos de meio bilhão de anos. Descoberta pode ajudar a entender papel de objetos na formação de galáxias.
Na vasta escuridão dos primórdios do Universo, luz foi emitida por uma galáxia apenas 460 milhões de anos após o Big Bang. Em seu caminho até nós, essa luz foi deslocada para o infravermelho pela expansão do Universo e ampliada por uma enorme lente gravitacional. A galáxia é chamada de arco das Gemas Cósmicas e trouxe algumas surpresas para os astrônomos.
Galáxias antigas, como as Gemas Cósmicas, são extraordinariamente difíceis de observar. A luz da antiga galáxia não é apenas fraca, mas “esticada” até ao infravermelho. Foi exatamente para esse tipo de objeto que as agências espaciais dos EUA, da Europa e do Canadá construíram o Telescópio Espacial James Webb (JWST): para “olhar para trás no tempo” e sondar os primórdios do Universo. Ele é sensível o bastante no espectro de infravermelho para detectar luz de objetos antigos que só estão chegando a nós agora.
Neste caso, o JWST precisava da ajuda de um enorme aglomerado de galáxias em primeiro plano, alinhado da maneira certa. Portanto, as observações do JWST do arco das Gemas Cósmicas são intencionais e fortuitas.
Os resultados dessas observações estão publicados em um artigo na revista Nature. A autora principal é Angela Adamo, professora associada do Departamento de Astronomia da Universidade de Estocolmo. “Foi incrível ver as imagens JWST do arco das Gemas Cósmicas e perceber que estávamos olhando para aglomerados de estrelas em uma galáxia tão jovem” disse ela.
Esta é a primeira vez que astrônomos conseguem ver tantos detalhes numa galáxia da Época de Reionização (EoR) do Universo. Às vezes, esse trecho da História do Cosmo é chamada de Aurora Cósmica porque, à medida que a energia das primeiras estrelas e galáxias ionizava o hidrogênio, a luz pode viajar através do Cosmos jovem. Como esse hidrogênio também foi aquecido por essa energia, houve outros efeitos importantes, influenciando a formação de objetos maiores. O hidrogênio aquecido é mais difícil de atrair – por isso, a formação de galáxias menores foram sufocadas. Elas não tinham massa suficiente para atrair tanto hidrogênio aquecido quanto as galáxias mais massivas.
As imagens JWST do arco das Gemas Cósmicas revelaram a presença de cinco enormes aglomerados de estrelas jovens. “A surpresa e o espanto foram incríveis quando abrimos as imagens do JWST pela primeira vez”, disse Adamo em um comunicado à imprensa.
Os aglomerados têm menos de 50 milhões de anos de idade e estão agrupados em uma região menor que 70 parsecs (cerca de 230 anos-luz). Eles têm baixa metalicidade (abundância de elementos que não sejam hidrogênio e hélio) e apresentam mínima atenuação de poeira. Cada aglomerado tem uma massa de cerca de 106 massas solares e um tamanho de cerca de um parsec (3,24 anos-luz). Mas contêm mais estrelas do que um aglomerado típico, com três vezes a densidade estelar.
“Apesar das incertezas inerentes ao modelo de lentes, eles são consistentes com o fato de serem sistemas estelares gravitacionalmente ligados, ou seja, aglomerados protoglobulares”, escrevem os autores em seu artigo.
“Observamos aglomerados globulares em torno de galáxias locais, mas não sabemos quando e onde se formaram. As observações do arco das Gemas Cósmicas abriram-nos uma janela única para o trabalho das galáxias bebês, além de nos mostrarem onde se formaram os aglomerados globulares”, disse Adamo. “Esses aglomerados terão tempo suficiente para relaxar e se tornarem aglomerados globulares devido ao fato de terem sido formados em uma idade tão jovem do Universo.”
Aglomerados globulares estão entre os objetos mais fascinantes e antigos do Universo. Suas estrelas tendem a ser velhas e ter baixa metalicidade, indicando que eles se formaram há muito tempo e não formam mais estrelas. Eles podem conter desde algumas dezenas de milhares até vários milhões de estrelas. Esses aglomerados são encontrados em quase todas as galáxias e a Via Láctea contém pelo menos 150, especialmente em seu halo. São como fósseis do Universo primitivo, mas astrônomos ainda não conseguiram desvendar todos os seus segredos. Por exemplo, existem questões pendentes sobre seu papel na evolução das galáxias.
Outros aglomerados estelares têm populações mais uniformes, com idades e metalicidades próximas, mas os globulares nem sempre aderem a isso. Eles têm abundância química e idades variadas, embora nenhum de seus membros seja jovem. Alguns, como os estudados na Grande Nuvem de Magalhães, possuem populações bimodais. Astrônomos pensam que uma parte das estrelas se formou a partir da mesma nuvem molecular, mas mais tarde o aglomerado encontrou outra nuvem e uma segunda população foi formada. Mas todos os aglomerados observados têm algo em comum: não formam novas estrelas.
Há evidências controversas de que aglomerados globulares contêm os elusivos buracos negros de massa intermediária (IMBHs) – outra indicação de que eles desempenham um papel fundamental na evolução galáctica. Infelizmente, embora as evidências sejam tentadoras, não há consenso a respeito. Há também evidências de que alguns contêm vários buracos negros de massa estelar, mas isso também ainda não está claro.
Isso nos leva a questionamentos importantes. Se galáxias grandes como a nossa têm 150 aglomerados globulares e se eles têm IMBHs ou um punhado de buracos negros de massa estelar nos seus centros, parecem ser “tijolos galácticos”, possibilitando a formação de galáxias. Mas como isso funciona exatamente?
Não há resposta para isso ainda. Mesmo as bases dessa pergunta ainda precisam de melhores evidências. Mas encontrar esses aglomerados em seu estado nascente, apenas 460 milhões de anos depois do Big Bang é um passo muito importante.