Uma equipa internacional de astrónomos anunciou a descoberta das duas galáxias mais antigas e mais distantes alguma vez observadas, remontando a apenas 300 milhões de anos após o Big Bang. Estes resultados, obtidos com o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA, constituem um marco importante no estudo do Universo primitivo.

As descobertas foram feitas pela equipa do JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). Daniel Eisenstein do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA) é um dos líderes da equipa JADES e investigador principal do programa de observação que revelou estas galáxias. Ben Johnson e Phillip Cargile, ambos investigadores do CfA, e Zihao Wu, estudante de doutoramento de Harvard no CfA, também desempenharam papéis importantes.

Devido à expansão do Universo, a luz das galáxias distantes é esticada para comprimentos de onda maiores à medida que viaja. Este efeito é tão extremo para estas duas galáxias que a sua luz ultravioleta é desviada para comprimentos de onda infravermelhos, onde apenas o JWST as consegue ver. Como a luz leva tempo a viajar, as galáxias mais distantes também são vistas como se estivessem mais cedo no tempo.

As duas galáxias que bateram o recorde chamam-se JADES-GS-z14-0 e JADES-GS-z14-1, sendo a primeira a mais distante das duas. Para além de ser a nova recordista de distância, JADES-GS-z14-0 é notável pela sua dimensão e brilho. "O tamanho da galáxia prova claramente que a maior parte da luz está a ser produzida por um grande número de estrelas jovens", disse Eisenstein, professor de Harvard e presidente do departamento de astronomia, "em vez de material que cai sobre um buraco negro supermassivo no centro da galáxia, que pareceria muito mais pequeno".

A combinação do brilho extremo com o facto de estrelas jovens estarem a alimentar esta luminosidade elevada faz de JADES-GS-z14-0 a evidência mais impressionante até agora encontrada da formação rápida de galáxias grandes e massivas no Universo primitivo.

"JADES-GS-z14-0 torna-se agora o arquétipo deste fenómeno", diz o Dr. Stefano Carniani da Escola Normal Superior de Pisa, Itália, autor principal do artigo científico sobre a descoberta. "É espantoso que o Universo possa criar uma galáxia assim em apenas 300 milhões de anos".

A evidência de galáxias primitivas surpreendentemente vigorosas apareceu até nas primeiras imagens do JWST e tem vindo a aumentar nos primeiros dois anos da missão. Esta tendência contraria as expetativas que a maioria dos astrónomos tinha antes do lançamento do JWST sobre as teorias de formação de galáxias.

JADES-GS-z14-0 foi um quebra-cabeças para a equipa do JADES quando a avistaram pela primeira vez há mais de um ano, uma vez que aparece suficientemente perto no céu de uma galáxia em primeiro plano e a equipa não tinha a certeza de que as duas não eram vizinhas. Mas, em outubro de 2023, a equipa do JADES obteve imagens ainda mais profundas - cinco dias inteiros com o instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do JWST num só campo - e utilizou filtros concebidos para melhor isolar as galáxias mais antigas.

"Não conseguíamos ver nenhuma forma plausível de explicar esta galáxia como sendo meramente uma vizinha da galáxia mais próxima", diz o Dr. Kevin Hainline, professor investigador da Universidade do Arizona.

A galáxia está localizada num campo onde o MIRI (Mid-Infrared Instrument) do JWST tinha realizado uma observação ultraprofunda. O seu brilho nos comprimentos de onda do infravermelho intermédio é um sinal da emissão de átomos de hidrogénio e mesmo de oxigénio no Universo primitivo.

"Apesar de ser tão jovem, a galáxia já está a trabalhar arduamente para criar os elementos que nos são familiares na Terra", disse Zihao Wu, coautor de um segundo artigo sobre esta descoberta, liderado por Jakob Helton, um estudante da Universidade do Arizona.

Encorajada, a equipa obteve então um espetro de cada galáxia e confirmou as suas esperanças de que JADES-GS-z14-0 era de facto uma galáxia recorde e que a candidata mais fraca, a JADES-GS-z14-1, estava quase tão longe.

Um terceiro trabalho, liderado por Brant Robertson, professor na Universidade da Califórnia em Santa Cruz, e Ben Johnson, estuda a evolução desta população inicial de galáxias. "Este objeto espantoso mostra que a formação de galáxias no Universo primitivo é muito rápida e intensa", disse Johnson, "e o JWST vai permitir-nos encontrar mais galáxias destas, talvez quando o Universo era ainda mais jovem. É uma oportunidade maravilhosa para estudar como as galáxias começam".

Nota: este texto realça ciência em curso, que ainda não passou pelo processo de revisão por pares.

// Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (comunicado de imprensa)
// ESA (comunicado de imprensa)
// ESA/Webb (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Escola Normal Superior de Pisa (comunicado de imprensa)
// Universidade da Califórnia em Santa Cruz (comunicado de imprensa)
// Universidade do Arizona (comunicado de imprensa)
// Universidade de Cambridge (comunicado de imprensa)
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// Artigo científico #3 (arXiv.org)

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