Ao observarmos o cosmos a milhares de milhões de anos-luz de distância - numa época em que o Universo tinha apenas 10% da idade actual - astrónomos identificaram um amontoado gigantesco: 14 galáxias jovens em intensa explosão de formação estelar a convergirem e a fundirem-se, dando origem a uma das estruturas mais massivas conhecidas.
A descoberta foi feita por uma equipa internacional que recorreu a alguns dos telescópios mais potentes actualmente em funcionamento, capazes de revelar uma concentração extraordinariamente compacta de galáxias quentes e poeirentas em trajectórias de colisão.
Com o tempo, esta megafusão deverá evoluir para um enxame de galáxias ligado gravitacionalmente - com a matéria escura a desempenhar um papel determinante - e, em última instância, várias destas galáxias acabarão por se aglutinar numa galáxia gigantesca.
Este instante específico do processo recebe o nome de protocluster (protoconjunto), e a sua identificação é considerada excepcional.
“Captar um enxame de galáxias massivo no próprio acto de se formar já é, por si só, algo notável”, afirmou Scott Chapman, astrofísico da Dalhousie University e coautor de um novo artigo publicado na revista Nature.
“Mas o facto de isto estar a acontecer tão cedo na história do Universo coloca um desafio considerável à nossa compreensão actual sobre a forma como as estruturas se formam.”
As 14 galáxias em SPT2349-56, registadas pelo ALMA. (ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF))
O protocluster SPT2349-56 observado pelo ALMA: densidade extrema e formação estelar frenética
O protocluster recebeu a designação SPT2349-56 e encontra-se a cerca de 12,4 mil milhões de anos-luz. É composto por galáxias ricas em poeira que estão a produzir estrelas a um ritmo impressionante - até 1.000 vezes superior ao da Via Láctea - apesar de estarem comprimidas numa região com apenas cerca de três vezes o diâmetro da nossa galáxia.
Só por estas características, SPT2349-56 já seria uma raridade. Contudo, há um elemento adicional que torna a história ainda mais intrigante: trata-se de uma entre duas descobertas muito recentes de protoclusters com perfis semelhantes.
Um segundo caso: o Núcleo Vermelho Poeirento (Dusty Red Core)
Num trabalho divulgado no arXiv em Setembro do ano passado e posteriormente aceite para publicação no Jornal Astrofísico (The Astrophysical Journal), outra equipa anunciou a detecção de um protocluster com 10 galáxias poeirentas em explosão de formação estelar no Universo primordial. Ao objecto deram a alcunha de Núcleo Vermelho Poeirento (em inglês, Dusty Red Core).
É expectável encontrar, no Universo jovem, múltiplas estruturas em formação - estrelas, galáxias e enxames de galáxias. Ainda assim, a dimensão e a composição destes protoclusters levantam dúvidas difíceis de encaixar nos cenários actuais.
“Pensa-se que a fase de explosão de formação estelar em galáxias poeirentas seja relativamente curta, porque elas consomem o seu gás a um ritmo extraordinário”, explicou Iván Oteo, astrofísico da University of Edinburgh e autor principal do artigo no arXiv.
“Em qualquer momento e em qualquer região do Universo, estas galáxias costumam ser uma minoria. Por isso, encontrar tantas explosões de formação estelar a brilharem ao mesmo tempo é muito desconcertante - e continua a ser algo que precisamos de compreender.”
Porque é que a “poeira” importa nestas galáxias?
A poeira interestelar absorve parte da radiação visível e ultravioleta produzida por estrelas jovens e reemite essa energia no infravermelho e no milimétrico. É por isso que instrumentos como o ALMA são particularmente eficazes: conseguem “ver” o brilho associado ao gás e à poeira onde a formação estelar está a decorrer, mesmo quando essas regiões ficam ocultas em comprimentos de onda ópticos.
Além disso, ao medir com precisão o gás frio e a poeira, torna-se possível estimar quanta “matéria-prima” ainda existe para formar novas estrelas e perceber se estas galáxias estão a viver um pico curto e intenso - ou se, pelo contrário, conseguem sustentar essa actividade durante mais tempo do que os modelos sugerem.
Um enigma temporal: demasiado grande, demasiado cedo
De acordo com os modelos cosmológicos actualmente aceites, após a Grande Explosão o Universo atravessou um período inicial em que “reinou” a escuridão. Só cerca de 1 mil milhões de anos mais tarde é que o Universo se tornou plenamente ionizado e transparente, permitindo que vejamos as primeiras galáxias a emergir.
Estes protoclusters parecem existir cerca de 1,4 mil milhões de anos após a Grande Explosão. Os modelos prevêem que estruturas deste tipo possam formar-se, mas também sugerem que deveriam precisar de mais tempo para atingir um grau de crescimento tão avançado.
“A forma como este conjunto de galáxias ficou tão grande tão depressa é um mistério”, disse Tim Miller, doutorando na Yale University e autor principal do artigo na Nature.
“Não foi construído gradualmente ao longo de milhares de milhões de anos, como muitos astrónomos esperariam. Esta descoberta cria uma excelente oportunidade para estudar como galáxias massivas se juntaram e deram origem a enormes enxames de galáxias.”
(ESO/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Miller e colaboradores)
Da primeira pista ao retrato detalhado: do Telescópio do Pólo Sul ao APEX e ao ESO
O SPT2349-56 foi inicialmente detectado em 2010 como uma ténue mancha de luz pelo Telescópio do Pólo Sul. A assinatura era suficientemente invulgar para justificar observações de seguimento com instrumentos mais poderosos e com maior resolução.
Para esse trabalho, os investigadores recorreram ao ALMA (a Grande Rede Milimétrica do Atacama) e ao telescópio APEX (Experiência Atacama Pathfinder), ambos associados ao ESO (Observatório Europeu do Sul). As novas observações produziram imagens com muito mais detalhe e confirmaram a natureza compacta e intensa do sistema.
Muitos objectos tão distantes são simplesmente fracos demais para serem detectados com facilidade, mas os autores defendem que poderão existir mais protoclusters semelhantes à espera de serem identificados.
“Estas descobertas com o ALMA são apenas a ponta do icebergue. Observações adicionais com o telescópio APEX indicam que o número real de galáxias em formação estelar poderá ser até três vezes maior”, afirmou Carlos De Breuck, astrónomo do ESO.
“Observações em curso com o instrumento MUSE no Telescópio Muito Grande (VLT) do ESO também estão a identificar galáxias adicionais.”
O que poderá vir a seguir?
À medida que se acumulam observações em diferentes comprimentos de onda e com espectroscopia mais detalhada, será possível medir velocidades, massas de gás e efeitos gravitacionais com maior rigor. Isso ajudará a distinguir entre cenários alternativos: por exemplo, se estamos a observar uma fase extremamente rara mas curta, ou se a formação de estruturas massivas no Universo jovem é, afinal, mais eficiente do que se pensava.
O estudo sobre o SPT2349-56 foi publicado na revista Nature, e o trabalho sobre o Núcleo Vermelho Poeirento pode ser consultado no repositório de pré-publicações arXiv.
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