James Webb descobre enormes galáxias distantes que não deveriam existir

Galáxias gigantes e maduras parecem ter preenchido o universo logo após o Big Bang, e os astrônomos estão confusos.

Crédito de imagem: NASA, ESA, CSA e STScI

Ninguém os esperava. Eles não deveriam estar lá. E agora, ninguém pode explicar como eles se formaram.

Galáxias quase tão massivas quanto a Via Láctea e cheias de estrelas vermelhas maduras parecem estar dispersas em imagens de campo profundo obtidas pelo Telescópio Espacial James Webb (Webb ou JWST) durante sua campanha de observação inicial, e estão dando dor de cabeça aos astrônomos.

Essas seis galáxias podem forçar os astrônomos a reescrever os livros de cosmologia. (Crédito da imagem: NASA, ESA, CSA, I. LABBE)

Essas galáxias, descritas em um novo estudo baseado no primeiro lançamento de dados de Webb, estão tão distantes que aparecem apenas como pequenos pontos avermelhados para o poderoso telescópio. Ao analisar a luz emitida por essas galáxias, os astrônomos estabeleceram que as estavam observando na infância do nosso universo, apenas 500 a 700 milhões de anos após o Big Bang.

Essas primeiras galáxias não são surpreendentes em si mesmas. Os astrônomos esperavam que os primeiros aglomerados de estrelas surgissem logo após o universo sair da chamada idade das trevas – os primeiros 400 milhões de anos de sua existência, quando apenas uma espessa névoa de átomos de hidrogênio permeava o espaço.

Mas as galáxias encontradas nas imagens do Webb pareciam incrivelmente grandes e as estrelas nelas muito velhas. As novas descobertas estão em conflito com as ideias existentes de como o universo parecia e evoluiu em seus primeiros anos, e não correspondem às observações anteriores feitas pelo predecessor menos poderoso do Webb, o Telescópio Espacial Hubble.

“Tínhamos expectativas específicas para o tipo de galáxia que vive no início do universo: elas são jovens e pequenas”, disse Joel Leja, professor assistente de astronomia e astrofísica na Penn State e um dos autores do estudo, ao Space.com em um email. “Estudos anteriores do universo primordial com o Hubble e outros instrumentos tendem a encontrar pequenas galáxias azuis em tempos primitivos: objetos que se formaram recentemente a partir da sopa cósmica primordial e estão construindo suas primeiras estrelas e estruturas.

As estrelas jovens em geral brilham em azul brilhante. Com a idade, as estrelas desenvolvem um brilho mais vermelho à medida que queimam seu combustível e esfriam. Em galáxias antigas que o Webb foi construído para detectar, os astrônomos não esperavam ver velhas estrelas vermelhas. Eles também não esperavam encontrar galáxias mais massivas do que talvez um bilhão de sóis. Mas esses pontos avermelhados revelados nos campos profundos de Webb parecem 50 vezes mais massivos do que isso, disse Leja.

“Estima-se que as galáxias mais massivas em nossa amostra tenham massas [duas a quatro vezes menores] do que a nossa própria Via Láctea, escreveu Leja. “Isso foi surpreendente – estamos encontrando candidatas a galáxias tão massivas quanto a nossa própria galáxia quando o universo tinha 3% de sua idade atual”.

Leja disse que antes que os astrônomos comecem a reescrever as teorias cosmológicas para explicar como essas galáxias se juntaram tão rapidamente após o Big Bang, eles terão que garantir que os estranhos pontos vermelhos que estão olhando não sejam outra coisa. A maioria das explicações alternativas, no entanto, também requer conceitos inteiramente novos, disse Leja.

“Por exemplo, as estrelas no início do universo podem emitir luz de maneiras exóticas devido à falta de elementos pesados, e talvez não os estejamos incorporando em nossos modelos”, escreveu Leja. “Ou, alternativamente, talvez nossa compreensão de como as estrelas se formam localmente, por exemplo, quantas estrelas se formam a partir do gás em função da massa das estrelas, seja totalmente inaplicável no início do universo. Essas coisas também seriam emocionantes de descobrir e também derrubariam nossa compreensão da formação de estrelas no início do universo apenas de uma maneira muito diferente.

As imagens que revelaram essas galáxias intrigantes foram obtidas pela câmera de infravermelho próximo de Webb (NIRCam) como parte do programa Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Os astrônomos planejam em breve voltar o espelho de Webb para essas galáxias novamente para, desta vez, obter espectros de luz desses pontos distantes. Os espectros quebram a luz observada de acordo com sua composição de comprimento de onda e, assim, revelam as propriedades químicas e físicas de sua fonte.

“O mais importante é que os espectros fornecem distâncias muito precisas a esses objetos”, disse Leja. “A ‘distância’ e a ‘identidade’ desses objetos estão correlacionadas: se soubermos a distância, podemos definir a identidade e vice-versa. Portanto, um espectro nos dirá imediatamente se nossas hipóteses estão corretas.

Apenas pouco mais de seis meses depois que a equipe do Webb divulgou as primeiras observações do grande observatório, os cientistas já são desafiados a reescrever suas teorias sobre o início do universo.

“Observamos o universo primitivo pela primeira vez e não tínhamos ideia do que iríamos encontrar”, disse Leja em um comunicado da Penn University. problemas para a ciência. Isso põe em questão toda a imagem da formação inicial das galáxias.

O estudo foi publicado na revista Nature na em 22 de fevereiro

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