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A descoberta de galáxias ultramassivas inesperadas pode não reescrever a cosmologia, mas ainda deixa questões em aberto
16 de fevereiro de 2024
 

Imagem infravermelha do Universo, capturada pelo Telescópio Espacial James Webb.
Crédito: NASA, ESA, CSA e STScI
 
     
 
 
 

Desde que o Telescópio Espacial James Webb (JWST) captou o seu primeiro vislumbre do Universo primitivo que os astrónomos ficaram surpreendidos pela presença do que parecem ser mais galáxias "ultramassivas" do que o esperado. Com base no modelo cosmológico mais amplamente aceite, estas galáxias só deveriam ter sido capazes de evoluir muito mais tarde na história do Universo, o que levou a que se afirmasse que o modelo tem de ser alterado.

Isto iria pôr em causa décadas de ciência estabelecida.

"O desenvolvimento dos objetos no Universo é hierárquico. Começam pequenos e vão-se tornando cada vez maiores", disse Julian Muñoz, professor assistente de astronomia na Universidade do Texas em Austin e coautor de um estudo recente que testa alterações ao modelo cosmológico. O estudo conclui que não é necessário rever o modelo cosmológico padrão. No entanto, os astrónomos poderão ter de rever o que sabem sobre a formação e evolução das primeiras galáxias.

A cosmologia estuda a origem, a evolução e a estrutura do nosso Universo, desde o Big Bang até ao presente. O modelo cosmológico mais amplamente aceite é o chamado modelo Lambda-CDM (em inglês, "Lambda-Cold Dark Matter") ou "modelo cosmológico padrão". Embora o modelo esteja bem informado, muito sobre o Universo primitivo tem permanecido teórico porque os astrónomos não o podiam observar completamente, se é que de todo.

Lançado em 1990, o Telescópio Espacial Hubble foi fundamental no desenvolvimento e aperfeiçoamento do modelo cosmológico padrão. Observa o Universo no ultravioleta, no visível e nalguns comprimentos de onda do infravermelho próximo. No entanto, isto torna-o mais adequado para observar certas coisas do que outras. Por exemplo, o Hubble está bem equipado para observar galáxias mais pequenas que contêm frequentemente populações mais elevadas de estrelas jovens, emissoras de radiação ultravioleta, e menos poeira que tende a absorver comprimentos de onda mais curtos.

Lançado no final de 2021, o JWST constitui um complemento importante das capacidades do Hubble. Ao observar nos comprimentos de onda do infravermelho próximo e médio, o JWST pode detetar objetos que são invisíveis ao Hubble.

"Estamos a abrir uma janela para o desconhecido", disse Muñoz. "Podemos agora testar as nossas teorias do Universo onde nunca o pudemos fazer antes."

 
Ao observar diferentes partes do espetro eletromagnético, o Telescópio Espacial Hubble e o Telescópio Espacial James Webb são capazes de ver coisas diferentes nas mesmas partes do Universo.
Crédito: NASA, J. Olmsted (STScI)
 

Pouco depois do Big Bang, as coisas não eram perfeitamente uniformes. Pequenas variações de densidade tiveram um grande impacto na futura estrutura e evolução do Universo. As regiões com maior densidade atraíram mais matéria devido à gravidade, o que levou à formação de estruturas cada vez maiores.

Para se tornarem tão grandes, tão depressa, as galáxias ultramassivas observadas pelo JWST só seriam, em teoria, possíveis se mais destas regiões de maior densidade se tivessem desenvolvido logo após o Big Bang. Para tal, seria necessário alterar o modelo cosmológico padrão.

Muñoz e a sua equipa testaram esta hipótese.

Escolheram um intervalo de tempo cósmico para o qual estão disponíveis observações do JWST e do Hubble. Dentro deste intervalo, identificaram as galáxias mais massivas disponíveis nos dados do JWST e calcularam a quantidade de alteração da densidade inicial do Universo que seria necessária para as formar.

Também calcularam quantas galáxias mais pequenas resultariam desta mudança hipotética. Estas galáxias mais pequenas adicionais teriam sido observadas pelo Hubble. "Mas não é isso que estamos a ver", explicou Muñoz. "Não se pode mudar a cosmologia o suficiente para explicar este problema de abundância, dado que as observações do Hubble também seriam afetadas."

Então porque é que o James Webb está a encontrar tantas galáxias ultramassivas? Uma possibilidade é que contêm buracos negros supermassivos. Estes buracos negros aqueceriam o gás nas proximidades, fazendo com que as galáxias parecessem mais brilhantes e, portanto, mais massivas do que realmente são. Ou as galáxias podem não estar de facto no Universo primitivo, mas parecem estar porque a poeira está a torná-las mais vermelhas do que realmente são. E este desvio faria com que as galáxias parecessem mais distantes do que na realidade estão.

// Universidade do Texas em Austin (comunicado de imprensa)
// Observatório McDonald (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Physical Review Letters)
// Artigo científico (arXiv.org)

 


Quer saber mais?

Universo:
A expansão acelerada do Universo (Wikipedia)
Universo (Wikipedia)
Lei de Hubble (Wikipedia)
Determinando a constante de Hubble (Wikipedia)
Idade do Universo (Wikipedia)
Estrutura a grande-escala do Universo (Wikipedia)
Big Bang (Wikipedia)
Cronologia do Big Bang (Wikipedia)
Modelo Lambda-CDM (Wikipedia)
Indicadores de distâncias cósmicas (Wikipedia)
"Escada" de distâncias cósmicas (Wikipedia)

Telescópio Espacial Hubble:
Hubble, NASA 
ESA
Hubblesite
STScI
SpaceTelescope.org
Base de dados do Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais
Arquivo de Ciências do eHST

JWST (Telescópio Espacial James Webb):
NASA
STScI
STScI (website para o público)
ESA
ESA/Webb
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Blog do JWST (NASA)
Programas DD-ERS do Webb (STScI)
Ciclo 2 GO do Webb (STScI)
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MIRI (NASA)
NIRSpec (NASA)

 
   
 
 
 
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