Pela primeira vez, o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA detetou e "pesou" uma galáxia, nos primórdios do Universo, que tem uma massa semelhante à massa que a nossa Galáxia, a Via Láctea, teria na mesma fase de desenvolvimento. Situada cerca de 600 milhões de anos após o Big Bang, esta galáxia leve, apelidada de "Firefly Sparkle", brilha com enxames de estrelas - 10 no total - que os investigadores examinaram em grande pormenor. Outras galáxias que o Webb detetou neste período da história do Universo são significativamente mais massivas.

"Não pensei que fosse possível resolver uma galáxia que existiu tão cedo no Universo em tantos componentes distintos, quanto mais descobrir que a sua massa é semelhante à da nossa própria Galáxia quando esta estava em processo de formação", disse Lamiya Mowla, coautora principal do artigo e professora assistente na Wellesley College em Massachusetts, EUA. "Há tanta coisa a acontecer dentro desta pequena galáxia, incluindo muitas fases diferentes de formação estelar".

O Webb conseguiu obter imagens da galáxia com suficiente pormenor por duas razões. Uma delas é um benefício do cosmos: um enorme enxame de galáxias em primeiro plano melhorou radicalmente a aparência da galáxia distante através de um efeito natural conhecido como lente gravitacional. E quando combinado com o poder do telescópio para obter imagens de alta resolução no infravermelho, o Webb forneceu novos dados sem precedentes sobre o conteúdo da galáxia.

"Sem o benefício desta lente gravitacional, não seríamos capazes de ver esta galáxia com tanto pormenor", disse Kartheik Iyer, coautor principal e bolseiro do Hubble da NASA na Universidade de Columbia em Nova Iorque. "Sabíamos que era de esperar com base na física atual, mas é surpreendente que a tenhamos realmente visto".

Lamiya, que detetou a galáxia na imagem do Webb, foi atraída pelos seus enxames estelares brilhantes, porque os objetos que brilham indicam tipicamente que são extremamente aglomerados e complicados. Uma vez que a galáxia se assemelha a uma 'faísca' ou a um enxame de pirilampos numa noite quente de verão, deram-lhe o nome de galáxia "Firefly Sparkle".

Reconstrução do aspeto da galáxia

A equipa de investigação modelou o aspeto que a galáxia teria se a sua imagem não fosse esticada pela lente gravitacional e descobriu que se assemelha a uma gota de chuva alongada. No seu interior, estão suspensos dois enxames de estrelas na parte superior e oito na parte inferior. "A nossa reconstrução mostra que os enxames de estrelas em formação ativa estão rodeados pela luz difusa de outras estrelas não resolvidas", disse Kartheik. "Esta galáxia está literalmente no processo de formação".

Os dados do Webb mostram que a galáxia Firefly Sparkle é mais pequena, caindo na categoria de galáxia de baixa massa. Passarão milhares de milhões de anos antes que ela adquira todo o seu peso e uma forma distinta. "A maioria das outras galáxias que o Webb nos mostrou não estão ampliadas ou esticadas, e não conseguimos ver os seus 'blocos de construção' separadamente. Com a Firefly Sparkle, estamos a ver uma galáxia a ser montada tijolo a tijolo", disse Lamiya.

Este conceito artístico mostra uma reconstrução do aspeto da galáxia Firefly Sparkle cerca de 600 milhões de anos após o Big Bang, se não tivesse sido esticada e distorcida por um efeito natural conhecido como lente gravitacional. Esta ilustração é baseada em imagens e dados do Telescópio Espacial James Webb da NASA. Crédito: iIlustração - NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI); ciência - Lamiya Mowla (Wellesley College), Guillaume Desprez (Universidade de Saint Mary)

Esticada e a brilhar, pronta para ser analisada de perto

Uma vez que a imagem da galáxia está deformada num arco longo, os investigadores conseguiram facilmente identificar 10 enxames estelares distintos, que emitem a maior parte da luz da galáxia. Estão aqui representados em tons de cor-de-rosa, roxo e azul. Estas cores nas imagens do Webb e os seus espetros de apoio confirmam que a formação estelar não aconteceu de uma só vez nesta galáxia, mas foi escalonada no tempo.

"Esta galáxia tem uma coleção diversificada de enxames estelares e é notável que os possamos ver separadamente numa idade tão precoce do Universo", disse Chris Willott do Conselho Nacional de Investigação do Canadá, coautor e investigador principal do programa de observação. "Cada enxame de estrelas está numa fase diferente de formação ou evolução".

A forma projetada da galáxia mostra que as suas estrelas não se fixaram num bojo central ou num disco fino e achatado, outra evidência de que a galáxia ainda se está a formar.

Companheiras "brilhantes"

Os investigadores não podem prever como é que esta galáxia desorganizada se vai moldar e tomar forma ao longo de milhares de milhões de anos, mas há duas galáxias que a equipa confirmou estarem perto dela e que podem influenciar a forma como Firefly Sparkle poderá ganhar massa.

A galáxia Firefly Sparkle está apenas a 6500 anos-luz de distância da sua primeira companheira, e a sua segunda companheira está separada por 42.000 anos-luz. Para contextualizar, a Via Láctea totalmente formada mede cerca de 100.000 anos-luz de diâmetro - as três caberiam dentro dela. Não só as suas companheiras estão muito próximas, como os investigadores pensam que se estão a orbitar umas às outras.

De cada vez que uma galáxia passa por outra, o gás condensa-se e arrefece, permitindo a formação de novas estrelas em enxames. "Há muito que se prevê que as galáxias do Universo primitivo se formam através de sucessivas interações e fusões com outras galáxias mais pequenas", disse Yoshihisa Asada, coautor e estudante de doutoramento na Universidade de Quioto, no Japão. "Poderemos estar a assistir a este processo em ação".

"Esta é apenas a primeira de muitas galáxias deste tipo que o JWST irá descobrir, pois estamos apenas a começar a usar estes 'microscópios' cósmicos", acrescentou a membro da equipa Maruša Bradač, da Universidade de Liubliana, na Eslovénia. "Tal como os microscópios nos permitem ver os grãos de pólen das plantas, a incrível resolução do Webb e o poder de ampliação da lente gravitacional permitem-nos ver as pequenas peças no interior das galáxias. A nossa equipa está agora a analisar todas as galáxias primitivas e os resultados apontam todos na mesma direção: ainda temos de aprender muito mais sobre a formação dessas galáxias primitivas".

A investigação da equipa baseou-se em dados do levantamento CANUCS (CAnadian NIRISS Unbiased Cluster Survey) do Webb, que incluem imagens no infravermelho próximo pelo instrumento NIRCam (Near-InfraRed Camera) e espetros do NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph). Os dados do CANUCS cobriram intencionalmente um campo que o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA captou como parte do seu programa CLASH (Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble).

Este trabalho foi publicado dia 12 de dezembro de 2024 na revista Nature.

// ESA (comunicado de imprensa)
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// ESA/Webb (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Wellesley College (comunicado de imprensa)
// Universidade de Columbia (comunicado de imprensa)
// Universidade de Toronto (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)

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Reuters
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Formação e evolução das galáxias:
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