Três minutos após o Big Bang o Universo era formado por uma sopa de partículas elementares e núcleos atómicos, os primeiros e únicos formados nesta fase precoce da sua vida. Esta nucleossíntese primordial ocorreu num ápice e formou apenas hidrogénio (deutério e trítio), hélio e um cheirinho de lítio. A temperatura desceu tão rapidamente que impossibilitou a formação de elementos mais complexos. Nos milhares de anos que se seguiram, a matéria existiu sob a forma de um plasma de hidrogénio e hélio que impedia viagens longas, sem obstáculos, aos fotões abundantes. O espaço era opaco e existia uma névoa luminosa por todo o lado, devido às interacções constantes dos fotões com as partículas elementares em liberdade, uma espécie de jogo de bilhar sub-atómico.
Finalmente, volvidos 380 mil anos, o Universo arrefeceu o suficiente para se formarem os primeiros átomos. Este momento foi importantíssimo pois os electrões, capturados pelos núcleos atómicos, deixaram de estar disponíveis para interagir tão facilmente com os fotões. O espaço tornou-se transparente e estes fotões, maioritariamente infravermelhos, passaram a mover-se (quase) livremente em todas as direcções. A radiação cósmica de fundo de microondas que hoje observámos é uma relíquia desse momento.
As idades do Universo, começando com o Big Bang (direita) até à actualidade (esquerda). As galáxias GN-z11 e EGSY8p7 estão representadas em plena “Era da Re-Ionização”.
Crédito: NASA, ESA, B. Robertson (University of California, Santa Cruz) e A. Feild (STScI).
Com a temperatura a baixar, a matéria deixou de ser luminosa e o Universo entrou gradualmente numa “Idade das Trevas”. Ao longo de milhões de anos, o gás neutro de hidrogénio e hélio foi então maniatado pela força da gravidade que explorou implacavelmente pequenas variações na sua densidade formando os embriões das primeiras galáxias, muito diferentes das que vemos hoje. A gravidade estava imparável. O colapso de nuvens moleculares nestas galáxias primordiais formou âmagos maciços com dezenas ou centenas de massas solares. Os cientistas pensam que foi assim que se formaram as primeiras estrelas do Universo, muito diferentes das que vemos no Universo actual, com massas e luminosidades muito superiores e vidas extremamente curtas. A radiação ultravioleta por elas emitida ionizou de novo as nuvens de hidrogénio e hélio circundantes e o Universo voltou a iluminar-se. O aparecimento das primeiras estrelas marca o início do fim da “Idade das Trevas” e o início da “Era da Re-Ionização”.
A proto-galáxia GN-z11 (GOODS North Survey) observada pelo Hubble.
Crédito: NASA, ESA, P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale University) e G. Illingworth (University of California, Santa Cruz).
A observação destas galáxias primordiais e da primeira geração de estrelas é um dos troféus mais apetecidos dos astrónomos que não se poupam a esforços para consegui-lo. O telescópio espacial James Webb, o sucessor do Hubble, por exemplo, foi desenhado e optimizado com este alvo em mente, tal é a importância dada à observação desta idade do Universo. O sucesso deste empreendimento depende da compreensão do processo que levou à formação das galáxias e à sua evolução até às estruturas que hoje observamos; depende também o nosso entendimento da evolução química do Universo, pois com a primeira geração de estrelas apareceram também elementos complexos como o carbono, nitrogénio, oxigénio, magnésio, silício e ferro.
Mas, enquanto o James Webb não é colocado no espaço, os seus predecessores continuam a marcar pontos. De facto, uma equipa de astrónomos anunciou a descoberta da galáxia mais longínqua conhecida, com base em observações realizadas com o Hubble (no visível e infravermelho próximo) e o Spitzer (no infravermelho). O espectro da galáxia, designada por GN-z11, obtido com a Wide Field Camera 3 do Hubble, permitiu determinar que a vemos como era quando o Universo tinha apenas 400 milhões de anos, em plena “Era da Re-Ionização”. A anterior detentora do recorde era a galáxia EGSY8p7, observada 570 milhões de anos depois do Big Bang. A combinação das imagens do Hubble e Spitzer permitiu ainda determinar que esta proto-galáxia é cerca de 25 vezes mais pequena do que a Via Láctea e tem apenas 1% da sua massa. No entanto, é uma criança rebelde, e forma (ou melhor, formava há 13.4 mil milhões de anos) estrelas a um ritmo 20 vezes superior ao actualmente observado na nossa galáxia.
Representação artística da proto-galáxia GN-z11 (à direita) com base nas observações com o Hubble e Spitzer (esquerda).
A distância da GN-z11 não permite a obtenção de imagens detalhadas da sua estrutura. No entanto, pelas propriedades observadas, é possível deduzir que deverá ter uma forma irregular e um grande número de nebulosas de emissão associadas a regiões de intensa formação estelar. A cor dominante deverá ser o azul devido às estrelas extremamente maciças e quentes que aí nascem em números desde então nunca vistos.
(Fonte: Hubble NASA/ESA)
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