JWST encontra um gêmeo da Via Láctea nascido chocantemente cedo no Universo

O Telescópio Espacial James Webb da NASA (JWST), que pode detectar luz extremamente fraca e distante, tornou a descoberta possível. Com a sua poderosa visão infravermelha, os investigadores Rashi Jain e Yogesh Wadadekar observaram um sistema que se assemelha muito à Via Láctea, embora tenha se formado quando o Universo tinha cerca de um décimo da sua idade atual. Eles chamaram a galáxia de Alaknanda, inspirado em um rio do Himalaia que é uma das nascentes gêmeas do Ganges ao lado do Mandakini, um nome que também é a palavra em hindi para Via Láctea.

Este trabalho foi realizado no Centro Nacional de Radioastrofísica do Instituto Tata de Pesquisa Fundamental (NCRA-TIFR) em Pune, Índia, e os resultados aparecem na revista europeia Astronomia e Astrofísica.

Por que esta galáxia não deveria existir tão cedo

Os astrónomos normalmente esperam que as primeiras galáxias pareçam caóticas e irregulares, em vez de estruturadas e estáveis. Pensa-se que as galáxias espirais clássicas com dois braços bem formados (conhecidas como espirais de “grande design”) requerem vários milhares de milhões de anos para se desenvolverem plenamente. A formação de tal galáxia envolve o acréscimo lento e constante de gás, a fixação desse gás em um disco giratório e o surgimento de ondas de densidade que esculpem braços espirais. Além disso, o sistema deve evitar grandes colisões que possam perturbar ou destruir a sua delicada estrutura.

Alaknanda não se enquadra de forma alguma nesse padrão. Já exibe dois braços proeminentes e extensos que circundam uma protuberância central brilhante, que se estende por cerca de 30.000 anos-luz. Também está a formar estrelas a um ritmo excepcional, criando a massa equivalente a cerca de 60 Sóis por ano. Essa taxa é cerca de 20 vezes mais rápida que a Via Láctea hoje. Aproximadamente metade das estrelas em Alaknanda parecem ter-se formado em apenas 200 milhões de anos, o que é extremamente rápido nas escalas de tempo cósmicas.

“Alaknanda tem a maturidade estrutural que associamos a galáxias que são milhares de milhões de anos mais velhas”, diz Rashi Jain. “Encontrar um disco espiral tão bem organizado nesta época diz-nos que os processos físicos que impulsionam a formação de galáxias – acreção de gás, sedimentação do disco e possivelmente o desenvolvimento de ondas de densidade espiral – podem operar de forma muito mais eficiente do que os modelos atuais prevêem. Está a forçar-nos a repensar o nosso quadro teórico.”

Como as lentes gravitacionais ajudaram a revelar Alaknanda

Alaknanda aparece na direção de um enorme aglomerado de galáxias conhecido como Abell 2744, ou Aglomerado de Pandora. A gravidade do aglomerado curva e amplifica a luz das galáxias atrás dele, um efeito chamado lente gravitacional. Esta ampliação natural fez com que Alaknanda parecesse duas vezes mais brilhante, dando ao JWST uma visão mais clara da sua estrutura espiral.

Para estudar a galáxia em profundidade, Jain e Wadadekar examinaram imagens do JWST obtidas através de até 21 filtros diferentes, cada um capturando uma fatia separada da sua luz. Estas observações, parte dos inquéritos UNCOVER e MegaScience do JWST, permitiram aos investigadores determinar a distância da galáxia, a quantidade de poeira que contém, quantas estrelas formou e como a sua taxa de formação estelar mudou ao longo do tempo com uma precisão incomum.

Um universo que cresceu mais rápido que o esperado

O JWST já revelou várias galáxias de disco surpreendentemente maduras a grandes distâncias, mas Alaknanda destaca-se como um dos primeiros exemplos mais claros de uma espiral clássica de grande design (uma galáxia com dois braços simétricos e bem definidos). A sua existência acrescenta evidências crescentes de que o Universo primitivo era muito mais avançado do que os cientistas pensavam.

“Alaknanda revela que o Universo primitivo era capaz de formar galáxias muito mais rapidamente do que prevíamos,” diz Yogesh Wadadekar. “De alguma forma, esta galáxia conseguiu reunir dez mil milhões de massas solares de estrelas e organizá-las num belo disco espiral em apenas algumas centenas de milhões de anos. Isso é extraordinariamente rápido para os padrões cósmicos e obriga os astrónomos a repensar como as galáxias se formam.”

Os pesquisadores agora querem entender o que criou os braços espirais de Alaknanda. Uma ideia é que fluxos constantes de gás frio permitiram que ondas de densidade moldassem naturalmente os braços. Outra possibilidade é que uma galáxia companheira menor tenha passado perto o suficiente para desencadear o padrão espiral, embora tais espirais de maré geralmente desapareçam rapidamente. Observações de acompanhamento utilizando os instrumentos espectroscópicos do JWST ou o Atacama Large Millimeter Array (ALMA) no Chile poderão revelar se o disco gira suavemente (dinamicamente “frio”) ou mostra sinais de turbulência (dinamicamente “quente”), fornecendo pistas sobre a sua formação.

O que esta descoberta significa para a compreensão da história cósmica

Alaknanda é mais do que uma imagem impressionante de um passado distante. A sua presença obriga os astrónomos a reavaliar a linha do tempo da evolução cósmica, incluindo como as estrelas, as galáxias e, em última análise, os planetas como a Terra surgiram. Se as galáxias pudessem organizar-se tão rapidamente, então o Universo primordial era um ambiente muito mais ativo e produtivo do que se supunha anteriormente, permitindo potencialmente que os sistemas planetários surgissem mais cedo do que o esperado.

À medida que o JWST continua a avançar mais profundamente no espaço e no tempo, é provável que sejam encontradas mais galáxias como Alaknanda, cada uma oferecendo uma nova visão sobre a rapidez com que o Universo primitivo construiu estruturas complexas.

A existência de Alaknanda reforça o argumento de que o jovem Universo era capaz de formar sistemas estáveis, dominados por discos, muito antes do que os cientistas acreditavam, tornando-a uma das galáxias espirais de grande design mais distantes alguma vez identificadas.