Descobertas 22 das galáxias mais antigas do Universo

Esta é uma imagem composta em cor falsa das 22 galáxias encontradas em uma época antiga de cerca de 800 milhões de anos após o Big Bang. O painel acima à esquerda representa a galáxia confirmada em 787 milhões de anos de idade do Universo. Estas galáxias estão no Campo Profundo do telescópio Subaru. Crédito: M. Ouchi et al.

Um novo estudo encontrou 22 das primeiras galáxias que se formaram no Universo, confirmando a sua idade em cerca de 787 milhões de anos após o nascimento do Universo. Estas e outras galáxias da infância do Universo poderiam ajudar a trazer nova luz para a cosmologia, mostrando as condições que governaram o início do Universo. Com os recentes avanços tecnológicos, os astrônomos tem sido capazes de observar mais da conhecida “era da re-ionização“, uma das visões mais antiga do Universo que os astrônomos podem observar via telescópios óticos.

Histórico com as eras do Universo ao longo do tempo: o Big Bang, o Universo neutro, a idade das Trevas, primeiras galáxias e quasares, a era da Reionização, o Universo torna-se transparente novamente, as galáxias evoluem, o sistema Solar se forma e agora existe uma civilização que estamos estudando isso agora, 13 bilhões de anos depois!

As primeiras luzes do Universo

Durante as primeiras centenas de milhares de anos desde o início do Cosmos no Big Bang (que teve lugar há 13,73 ± 0,12 bilhões de anos), o Universo era um caos quente e opaco, impossível de permitir a irradiação da luz. Uma vez que não há luz residual procedente desta época remota, chamada de “idade das trevas” (dark ages), os cientistas não podem observar nenhum traço dos primeiros fótons cósmicos.
Mas aproximadamente 400.000 anos depois do Big Bang, as temperaturas do Universo caíram, os elétrons e prótons se uniram para formar o hidrogênio neutro (quer dizer: sem carga), e o Universo deixou de ser turvo, permitindo que a luz fluísse livremente. Algum tempo antes de um bilhão de anos após o Big Bang, o hidrogênio neutro começou a formar as primeiras estrelas nas galáxias primordiais, as quais irradiavam energia violentamente e alteraram o hidrogênio para sua forma ionizada, ou seja, carregada eletricamente. Isso é o que os astrônomos conhecem como o período de re-ionização.
Mas enquanto os astrônomos sabem que a era da reionização terminou aproximadamente quando o Universo tinha um bilhão de anos, não sabem exatamente quando começou — quando as primeiras estrelas e galáxias começaram a iluminar o Universo. Tampouco sabem se a re-ionização começou gradualmente ou foi instantânea.
Para ajudar a resolver estas perguntas, uma equipe de astrônomos liderada por Masami Ouchi dos Observatórios Carnegie usou uma técnica inovadora para encontrar algumas das primeiras e longínquas galáxias.
“Buscamos as ‘galáxias retiradas’”, disse Ouchi. “Usamos filtros progressivamente cada vez mais vermelhos que revelam o incremento no comprimento de onda da luz e observamos que algumas galáxias simplesmente desaparecem, ou melhor, elas ‘se retiraram’ das imagens ao fazermos uso de estes filtros”.

As galáxias que desaparecem das imagens são as galáxias mais antigas

As longitudes de onda de luz específicas nas que aparecem as galáxias “retiradas” podem dizer aos astrônomos sua distância e idade. Ouchi e seus colegas estudaram uma área unas 100 vezes maior que nenhum outro estudo anterior havia coberta e portanto obtiveram uma amostra bem maior de galáxias primordiais. “Além disso, fomos capazes de confirmar a idade de dessas galáxias”, disse Ouchi. “Dado que todas as galáxias foram encontradas usando a mesma técnica de retirada, é provável que todas [das 22 encontradas] tenham a mesma idade”. As observações da equipe se realizaram entre 2006 e 2009 com a câmara em grande angular do Telescópio Subaru de 8,3 metros no Havaí. Ouchi e sua equipe compararam suas observações com aquelas procedentes de outros estudos que observaram o índice de formação estelar, o qual pode deduzido a partir de dados sobre a densidade e brilho das galáxias, e encontraram que os índices estavam drasticamente menores entre 800 milhões de anos e 1 bilhão de anos após o Big Bang, que a partir de 1 bilhão de anos. De acordo com isto, calcularam que o índice de ionização seria muito baixo durante esta época, devido a este baixo índice de formação estelar. “Ficamos verdadeiramente surpreendidos ao saber que o índice de ionização parecia tão baixo, o que constitui uma contradição com os cálculos do time do satélite WMAP da NASA. Concluímos que a re-ionização começou não além de 600 milhões de anos após o Big Bang”, disse Ouchi.

Estrelas massivas abundavam no Universo primordial

“Pensamos que este enigma poderia ser explicado através dos índices de produção de fótons ionizados mais eficiente nas primeiras galáxias”, adiciona. “A formação de estrelas massivas pode ter sido muito mais vigorosa que nas galáxias atuais. Poucas estrelas massivas produzem muito mais fótons ionizados que uma grande quantidade de estrelas pequenas”.
As descobertas de M. Ouchi serão detalhadas no exemplar de dezembro da revista Astrophysical Journal.

Fontes e referências

1. Ciência Kanija: Descobertas 22 das primeiras galáxias do Universo
2. EurekAlert!: ‘Dropouts’ pinpoint earliest galaxies
3. Space.com: Some of the Universe’s First Galaxies Discovered
4. Universe Today: Early Galaxy Pinpoints Reionization Era por Nancy Atkinson
5. A matéria escura foi responsável pela reconstrução do Universo primordial?

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