Revista Quanta

20 de janeiro de 2023

O telescópio Webb detectou galáxias surpreendentemente distantes no espaço e no passado. Esses quatro, estudados por uma equipe chamada JADES, são todos vistos como apareceram menos de 500 milhões de anos após o Big Bang.

Samuel Velasco/Revista Quanta; fonte: NASA

Escritor Colaborador

20 de janeiro de 2023

As rachaduras na cosmologia deveriam demorar um pouco para aparecer. Mas quando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) abriu suas lentes na primavera passada, galáxias extremamente distantes, mas muito brilhantes, imediatamente brilharam no campo de visão do telescópio. "Eles eram estupidamente brilhantes e se destacavam", disse Rohan Naidu, astrônomo do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.

As distâncias aparentes das galáxias da Terra sugerem que elas se formaram muito mais cedo na história do universo do que qualquer um previu. (Quanto mais distante algo está, mais tempo atrás sua luz brilhou.) As dúvidas giravam, mas em dezembro, os astrônomos confirmaram que algumas das galáxias são de fato tão distantes e, portanto, tão primordiais quanto parecem. A mais antiga dessas galáxias confirmadas lançou sua luz 330 milhões de anos após o Big Bang, tornando-se a nova detentora do recorde da estrutura mais antiga conhecida no universo. Essa galáxia era bastante escura, mas outros candidatos vagamente atrelados ao mesmo período de tempo já estavam brilhando, o que significa que eram potencialmente enormes.

Como as estrelas poderiam entrar em ignição dentro de nuvens superaquecidas de gás logo após o Big Bang? Como eles poderiam se entrelaçar apressadamente em estruturas tão grandes ligadas gravitacionalmente? Encontrar galáxias tão grandes e brilhantes parece semelhante a encontrar um coelho fossilizado em estratos pré-cambrianos. "Não há grandes coisas no início. Leva um tempo para chegar a grandes coisas", disse Mike Boylan-Kolchin, físico teórico da Universidade do Texas, em Austin.

Os astrônomos começaram a se perguntar se a profusão de grandes coisas iniciais desafiava a compreensão atual do cosmos. Alguns pesquisadores e meios de comunicação afirmaram que as observações do telescópio estavam quebrando o modelo padrão da cosmologia – um conjunto bem testado de equações chamado lambda matéria escura fria, ou ΛCDM, modelo – apontando de forma emocionante para novos ingredientes cósmicos ou leis governantes. Desde então, ficou claro, no entanto, que o modelo ΛCDM é resiliente. Em vez de forçar os pesquisadores a reescrever as regras da cosmologia, as descobertas do JWST levaram os astrônomos a repensar como as galáxias são feitas, especialmente no início cósmico. O telescópio ainda não quebrou a cosmologia, mas isso não significa que o caso das galáxias muito primitivas se revelará algo além de uma época.

Para ver por que a detecção de galáxias brilhantes muito precoces é surpreendente, é útil entender o que os cosmólogos sabem – ou pensam que sabem – sobre o universo.

Após o Big Bang, o universo infantil começou a esfriar. Dentro de alguns milhões de anos, o plasma turbulento que preenchia o espaço se acalmou e elétrons, prótons e nêutrons se combinaram em átomos, principalmente hidrogênio neutro. As coisas ficaram quietas e escuras por um período de duração incerta conhecido como idade das trevas cósmica. Então algo aconteceu.

A maior parte do material que se desfez após o Big Bang é feito de algo que não podemos ver, chamado matéria escura. Exerceu uma poderosa influência sobre o cosmos, especialmente no início. Na imagem padrão, a matéria escura fria (um termo que significa partículas invisíveis e lentas) foi arremessada pelo cosmos indiscriminadamente. Em algumas áreas sua distribuição era mais densa, e nessas regiões começou a desmoronar em touceiras. Matéria visível, ou seja, átomos, agrupados em torno de aglomerados de matéria escura. À medida que os átomos também esfriavam, eles acabaram se condensando e as primeiras estrelas nasceram. Essas novas fontes de radiação recarregavam o hidrogênio neutro que preenchia o universo durante a chamada época de reionização. Através da gravidade, estruturas maiores e mais complexas cresceram, construindo uma vasta teia cósmica de galáxias.

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