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Universo rapidamente gerou estrelas depois do Big Bang, mostra antiga galáxia

Observações da galáxia mais distante já identificada revelaram traços de oxigênio de pelo menos uma geração anterior de estrelas, um sinal de que a formação de estrelas começou cedo. Para observar os primeiros estágios da formação de estrelas, os astrônomos combinaram o poder de uma lupa natural no espaço, através de um processo chamado lente gravitacional, com o ALMA (Large Millimeter / submillimeter Array) do Atacama e o Very Large Telescope da Agência Espacial Européia. (VLT), ambos no Chile. Virando-os para a galáxia MACS1149-JD1, eles observaram as entranhas das primeiras estrelas, na forma de oxigênio. "Normalmente, as galáxias distantes são muito fracas, mas graças ao efeito de lente gravitacional [a luz se inclina em torno de uma galáxia interposta], nosso alvo era brilhante", disse Takuya Hashimoto, astrônomo da Universidade Osaka Sangyo e do Observatório Astronômico Nacional do Japão. .com. Hashimoto, o principal autor da nova pesquisa, apresentou os resultados na reunião semestral de inverno da American Astronomical Society, em Seattle, em janeiro.

A galáxia distante MACS1149-JD1, mostrada na inserção, aparece como era há 13,3 bilhões de anos, apenas 500 milhões de anos após o Big Bang. A distribuição de oxigênio detectada pelo ALMA aparece em vermelho.
A galáxia distante MACS1149-JD1, mostrada na inserção, aparece como era há 13,3 bilhões de anos, apenas 500 milhões de anos após o Big Bang. A distribuição de oxigênio detectada pelo ALMA aparece em vermelho.

A galáxia distante MACS1149-JD1, mostrada na inserção, aparece como era há 13,3 bilhões de anos, apenas 500 milhões de anos após o Big Bang. A distribuição de oxigênio detectada pelo ALMA aparece em vermelho.

A primeira geração

As primeiras estrelas se formaram principalmente a partir do hidrogênio, o elemento que dominou o universo logo após o Big Bang. Como seus descendentes, essas estrelas eram máquinas de fabricação de elementos, construindo novos elementos em seus corações à medida que as temperaturas e as pressões aumentavam. Quando essas estrelas explodiram, depois de apenas uma curta vida, elas espalharam os elementos recém-nascidos no espaço ao redor deles, permitindo que a próxima geração de estrelas incorporasse esse gás e poeira. Hashimoto e seus colegas ampliaram os limites de quão longe o ALMA pode parecer. Em 2016, uma equipe liderada por Akio Inoue, da Universidade Osaka Sangyo, no Japão, usou o ALMA para encontrar um sinal de oxigênio emitido 13,1 bilhões de anos atrás. Apenas alguns meses depois, Nicolas Laporte, da University College London, usou o telescópio para detectar oxigênio 100 milhões de anos antes. As duas equipes combinaram forças para encontrar oxigênio em uma galáxia há 13,3 bilhões de anos, cerca de 500 milhões de anos após o Big Bang. A parceria também transformou o VLT em direção àquela antiga galáxia, usando o telescópio para detectar um sinal mais fraco de hidrogênio e para verificar a distância medida pelo ALMA. A nova galáxia-alvo dos pesquisadores é a galáxia mais distante já observada com o instrumento e a galáxia mais distante para a qual os cientistas têm uma medida de distância precisa, disse Hashimoto. Como os cientistas observaram os destroços depois que as estrelas explodiram, ao invés das próprias estrelas, eles foram capazes de inferir que a formação de estrelas começou antes que eles observassem a jovem galáxia. Usando observações dos telescópios espaciais Hubble e Spitzer da NASA, a equipe desenvolveu um modelo de formação estelar que sugeria que a primeira geração de estrelas surgisse dentro de 250 milhões de anos após o Big Bang. Depois do Big Bang, o universo estava cheio de átomos de hidrogênio neutros, que fazem um bom trabalho de bloquear a luz. O hidrogênio encobriu o universo primitivo pelos primeiros 500 milhões de anos, até que, finalmente, a radiação das primeiras estrelas separou esses átomos de hidrogênio. Mas as primeiras estrelas e galáxias permaneceram um desafio a ser observado, porque são fracas e poucas. Os astrônomos suspeitam que as primeiras estrelas começaram nos primeiros cem milhões de anos do universo e que as galáxias logo se seguiram, mas, de acordo com Hashimoto, os pesquisadores ainda não estão certos da linha do tempo exata. As estrelas se iluminaram individualmente e se reuniram como galáxias, ou as galáxias se formaram primeiro, com as estrelas girando dentro delas? Os astrônomos não sabem, mas o MACS1149-JD1 pode ajudar a resolver o mistério. "Entender a história da formação de estrelas do universo é muito importante para entender a física do universo", disse Hashimoto. Por mais poderosos que sejam, o ALMA e o VLT não teriam conseguido encontrar a galáxia distante sozinhos. Eles precisavam emparelhar com uma lupa natural. Como a luz viaja através do espaço, ela pode ser dobrada pela gravidade de objetos massivos em seu caminho. Nas lentes gravitacionais, um efeito previsto por Albert Einstein, esses alvos massivos ampliam objetos mais distantes, permitindo que os astrônomos tenham um vislumbre de coisas que seus telescópios não captariam. Ao estudar a luz da galáxia inicial, quando ela se desviava em torno de uma galáxia mais antiga e mais massiva, os astrônomos conseguiram espiar muito mais longe no universo do que teriam conseguido sem essa ampliação. A equipe ainda não terminou com o MACS1149-JD1. Segundo Hashimoto, os pesquisadores estão procurando por sinais de atividade no centro da galáxia que possam sugerir a presença de um buraco negro ou um quasar jovem. Se encontrar algo, Hashimoto ficará "muito animado", disse ele. "Isso nos daria uma idéia da formação inicial de um buraco negro supermassivo no universo", disse ele.