James Webb encontra galáxias cujo brilho abala teorias dos primórdios do Universo

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O telescópio espacial James Webb, que destronou em capacidade e importância veteranos como o Hubble e está em órbita desde dezembro de 2021, tem colhido observações de galáxias que estremecem teorias dos primórdios do Universo.

A cosmologia, área da física dedicada à história do Universo, foi agraciada pelo Webb com imagens das galáxias mais antigas e mais distantes conhecidas, formadas há 13,5 bilhões de anos — cerca de 300 milhões depois do Big Bang, o que é rápido para a escala cósmica.

A idade e rapidez de formação das primeiras galáxias está em conformidade com as teorias estabelecidas. O que apresenta um desafio a elas, contudo, é que essas anciãs têm um brilho maior que o esperado.

Galáxias mais brilhantes têm mais estrelas, e a quantidade de estrelas inferida desse brilho está acima do que os cosmólogos esperavam dado o tempo entre o Big Bang (quando o Universo se expandiu de um pequeno ponto de altíssima concentração de energia) e sua formação. No núcleo das primeiras galáxias também há buracos negros surpreendentemente maduros.

Galáxias são conjuntos de estrelas e nebulosas, concentrações de matéria e energia que são exceções dentro do vasto vazio do espaço. Sua formação é complexa e ainda não completamente compreendida. Um dos mistérios é como gases simples como o hidrogênio se aglutinam para formar estrelas.

Claro, a gravidade está envolvida, fazendo massa atrair mais massa. Mas as galáxias têm também explosões como as supernovas e emissões de buracos negros, que podem expulsar os gases para longe e inibir a formação de mais estrelas, em tese. “A eficiência e escala desses processos, além de seu impacto cumulativo ao longo do tempo, são pouco compreendidos”, disse Sandro Tacchella, professor assistente de astrofísica extragaláctica da Universidade de Cambridge, Reino Unido, em artigo para o site SciTechDaily.

Tacchella explica que modelos que levam em conta a matéria escura — inferida dos movimentos das galáxias, mas que não emite luz e, portanto, é invisível para nossos telescópios — podem ajudar a desvendar o mistério do brilho das primeiras galáxias observadas pelo James Webb.

As galáxias anciãs são relativamente pequenas, com diâmetro de três quadrilhões de quilômetros — a Via Láctea é 300 vezes maior. Têm cerca de 100 mil estrelas e formam um novo sol por ano — nossa galáxia tem centenas de bilhões de estrelas. A taxa de formação de novas estrelas das primeiras galáxias significa que elas dobravam de tamanho a cada 100 milhões de anos — a Via Láctea levaria 25 bilhões de anos para fazer o mesmo.

“Os cientistas estão explorando várias possibilidades” para explicar o brilho alto das primeiras galáxias, afirmou Tacchella. “Algumas teorias sugerem que a formação de estrelas nos primórdios do Universo pode ter sido mais intensa ou ‘explosiva’ do que se pensava antes”, disse o especialista. Outras hipóteses envolvem menores quantidades de poeira interestelar, uma distribuição inicial de estrelas em que as gigantes eram mais frequentes, e a contribuição dos buracos negros.

O que está tão claro quanto as galáxias anciãs no momento é que, assim como a teoria de Isaac Newton funcionava bem para explicar e prever muita coisa, mas precisou ser reformada pela teoria de Albert Einstein, os modelos atuais de formação de estrelas e galáxias no começo do Universo, cujos sucessos são inegáveis, precisarão se ajustar à realidade revelada pelo telescópio James Webb.

Tachella recomenda calma. No primeiro ano de operação do James Webb, lembra o astrofísico, houve um exagero de que algumas galáxias observadas com estrelas muito pesadas “quebravam o Universo” de tão surpreendentes que eram. “Logo depois, ficou claro que essas galáxias não quebravam o Universo, pois suas propriedades podiam ser explicadas por uma gama de fenômenos. Dados observacionais melhores mostraram que as distâncias de alguns dos objetos foram superestimadas, o que levou a uma superestimativa das massas de suas estrelas”.