Um aglomerado gigante de galáxias de uma época em que tais estruturas massivas estavam apenas começando a se formar está desafiando a compreensão dos cientistas sobre como o universo evoluiu. Novas observações do Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA revelam uma concentração invulgarmente densa de matéria no aglomerado, sugerindo que algumas estruturas cósmicas evoluíram muito mais rapidamente do que os modelos atuais prevêem.
O aglomerado de galáxias, conhecido como XLSSC 122, tornou-se o foco de três estudos recentes liderados por pesquisadores do IPAC, Centro de Ciência e Dados para Astrofísica e Ciência Planetária da Caltech. As suas descobertas estabelecem o XLSC 122 como o aglomerado de galáxias mais distante conhecido por exibir fortes lentes gravitacionais, um fenómeno que permite aos astrónomos medir a massa de matéria que de outra forma seria invisível. A pesquisa foi apresentada em entrevista coletiva durante a 248ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em 17 de junho de 2026.
Localizada a cerca de 10,4 bilhões de anos-luz da Terra, a XLSSC 122 se destacou para os astrônomos por sua surpreendente maturidade. Embora existisse durante o período em que os aglomerados de galáxias ainda estavam se formando, já exibia o tamanho e a estrutura organizada associada aos aglomerados do universo moderno.
Webb revelou agora outro recurso notável. XLSSC 122 está diretamente à frente de uma ou mais galáxias ainda mais distantes. A poderosa gravidade do aglomerado curva e distorce a luz proveniente dessas galáxias de fundo, criando um efeito raro chamado lente gravitacional forte. Este feliz alinhamento deu aos cientistas uma forma excepcionalmente precisa de medir como a massa é distribuída por todo o aglomerado.
“Quando recebemos as primeiras imagens do JWST, dissemos: ‘Uau, olhe isso, há lentes fortes vindo deste aglomerado!’ disse Kyle Finneran, cientista da equipe do IPAC e autor principal do primeiro artigo para investigar o aglomerado. “XLSSC 122 detém agora o recorde de aglomerado de galáxias mais distantes exibindo lentes fortes, uma ferramenta valiosa para os astrônomos.”
Um antigo aglomerado de galáxias desafia as previsões cósmicas
As lentes gravitacionais recentemente descobertas permitiram aos pesquisadores examinar a distribuição de massa em um antigo aglomerado de galáxias com mais detalhes do que nunca. XLSSC 122 remonta a cerca de 10 mil milhões de anos atrás, durante um período conhecido como “meio-dia cósmico”, quando o Universo estava a viver a sua era mais intensa de formação estelar.
Durante esse período, as galáxias produziam estrelas a uma taxa 100 vezes maior do que a observada no universo atual. Os aglomerados de galáxias também estavam se tornando cada vez mais comuns à medida que sistemas menores gradualmente se combinavam em estruturas maiores.
No entanto, o XLSSC 122 parece ter evoluído de maneiras inesperadas. As novas medições mostram que uma porção notavelmente grande da sua massa está concentrada na sua região central. De acordo com o modelo cosmológico padrão, o desenvolvimento de estruturas massivas deveria ter sido mais gradual, tornando um aglomerado tão concentrado particularmente surpreendente nesta fase inicial da história cósmica.
“XLSSC 122 é um dos primeiros aglomerados que conhecemos formados no universo e tem uma concentração de massa que não concorda com as previsões do nosso modelo cosmológico”, disse Finer.
Para investigar ainda mais o mistério, Feiner e colegas conduziram dois estudos adicionais do JWST, inicialmente de autoria de Zachary Scofield e Hyungjin Ju da Universidade Yonsei. Juntos, os três artigos fornecem uma imagem mais completa deste aglomerado incomum e novos insights sobre a formação de aglomerados de galáxias durante o meio-dia cósmico.
James Webb revela matéria escura oculta
Os astrónomos identificaram originalmente XLSSC 122 através de um levantamento de raios X conduzido pela sonda XMM-Newton da Agência Espacial Europeia em 2014. Observações posteriores do Telescópio Espacial Hubble ajudaram a estabelecer a sua distância até cerca de 10,4 mil milhões de anos-luz e confirmaram que o aglomerado parece ter evoluído de forma incomum para a sua idade.
No entanto, o Hubble não relatou evidências claras de fortes lentes gravitacionais. Isto mudou quando o JWST capturou arcos de luz curvos distintos em torno do centro do aglomerado, fornecendo a primeira indicação definitiva deste fenômeno no XLSSC 122.
“Antes do JWST, não podíamos fazer este nível de ciência no universo primitivo e distante”, disse Feiner.
As distorções gravitacionais são causadas principalmente por algo que os astrônomos não podem observar diretamente: a matéria escura.
Embora XLSSC 122 contenha estrelas visíveis e gás brilhante, estas formas familiares de matéria constituem apenas uma pequena fração do efeito de lente gravitacional. A maior parte da distorção provém da matéria escura, uma substância invisível que não foi detectada directamente através da luz, mas cuja influência gravitacional é apoiada por extensas evidências astronómicas.
Os cientistas estimam que a matéria escura é cerca de cinco vezes mais abundante do que a matéria comum que constitui as estrelas, os planetas e tudo o que nos rodeia. Sua gravidade ajuda a manter as galáxias unidas e molda a vasta rede de aglomerados, aglomerados e filamentos de galáxias do universo.
Dado que a matéria escura desempenha um papel tão importante na estrutura cósmica, determinar como foi distribuída há milhares de milhões de anos proporciona uma forma poderosa de testar teorias que descrevem a evolução do Universo desde o Big Bang, há cerca de 13,8 mil milhões de anos.
“Lentes fortes são uma forma de medir a matéria escura sem realmente ver a matéria escura”, disse Finer. “Isso nos fornece uma verificação sensível dos nossos modelos cosmológicos.”
Uma visão mais ampla revela a fusão de aglomerados de galáxias
No seu segundo artigo, os investigadores examinaram XLSSC 122 utilizando outra forma de lente gravitacional, conhecida como lente fraca.
Lentes gravitacionais fortes produzem distorções óbvias, incluindo os arcos impressionantes capturados pelo JWST. Lentes comparativamente fracas causam variações muito pequenas no tamanho aparente de galáxias distantes. Estes efeitos subtis são difíceis de detectar individualmente, por isso os astrónomos confiam em métodos estatísticos para os detectar.
Ambas as técnicas fornecem informações complementares. Lentes fortes são particularmente úteis para medir massa concentrada perto do centro do aglomerado, enquanto lentes fracas podem revelar como a matéria está distribuída em suas regiões externas.
“Lentes gravitacionais fracas podem confinar a massa muito longe, permitindo obter uma imagem melhor da região circundante do aglomerado”, disse Finer.
Ao combinar estas medições com observações de raios X e rádio de outros telescópios, os cientistas determinaram que XLSSC 122 ainda está em fase de fusão. À medida que o aglomerado maior toma forma, as suas galáxias aproximam-se continuamente.
A extensa análise também confirmou a descoberta anterior de que uma quantidade invulgarmente grande de massa está concentrada perto do centro do aglomerado.
A luz de estrelas antigas fornece novas pistas sobre a matéria escura
O terceiro e mais recente artigo da equipa revelou outra característica importante da XLSSC 122: luz fraca produzida por estrelas que já não estão ligadas a galáxias individuais.
Este brilho difuso, conhecido como luz intracluster, vem de estrelas espalhadas nos espaços entre as galáxias. As observações de Webb representam a mais antiga detecção conhecida de luz intraenxame, fornecendo outra forma de sondar a evolução dos enxames de galáxias no Universo distante.
A ampla distribuição desta luz apoia a conclusão de que o XLSSC 122 está passando por uma fusão. À medida que as galáxias interagem e colidem, algumas estrelas são afastadas das suas galáxias-mãe e dispersas por todo o aglomerado. Na XLSSC 122, parece que muitas destas estrelas deslocadas não se estabeleceram na sua densa região central.
Os investigadores também descobriram uma ligação interessante entre estas estrelas errantes e a matéria escura.
Perto do centro do aglomerado, a forma da luz intraaglomerado corresponde de perto à distribuição da matéria escura inferida a partir de fortes lentes gravitacionais. Isto sugere que o fraco brilho das estrelas entre as galáxias poderia servir potencialmente como um indicador visual de onde a matéria escura invisível está concentrada.
Se os astrónomos virem relações semelhantes noutros enxames, particularmente aqueles do Universo primitivo, então a luz intraenxame poderá tornar-se uma nova ferramenta valiosa para mapear a matéria escura ao longo da história cósmica.
“Neste aglomerado, a luz intraaglomerado detecta essencialmente matéria escura”, disse Finner. “Essa luz nos diz que o cluster está em estado de fusão”.
Poderiam aglomerados de galáxias mais antigos desafiar a cosmologia?
O próximo objetivo de Feiner e seus colegas é identificar e investigar dezenas de aglomerados de galáxias adicionais de períodos iniciais semelhantes na história do universo.
Encontrar esses objetos distantes requer uma abordagem diferente do que estudá-los detalhadamente. Embora o JWST seja excepcionalmente poderoso, seu campo de visão relativamente estreito o torna mais adequado para examinar alvos selecionados do que para pesquisar vastas áreas do céu.
Em vez disso, os astrónomos devem primeiro identificar candidatos promissores através de pesquisas de raios-X e rádio de campo amplo, semelhantes às observações que revelaram originalmente a XLSC 122.
Uma técnica promissora baseia-se no efeito Sunyaev-Zel’dovich, que ocorre quando partículas energéticas dentro de aglomerados de galáxias espalham radiação da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, o tênue resultado do Big Bang.
Esta interação pode produzir regiões distintas que aparecem como “buracos” nas observações da radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Ao procurar estas assinaturas, os astrónomos podem detectar aglomerados de galáxias que de outra forma seriam difíceis de detectar.
Encontrar mais objetos como o XLSC 122 pode ter implicações importantes para a cosmologia. Se outros aglomerados antigos também contiverem matéria escura inesperadamente concentrada e exibirem uma evolução invulgarmente avançada, os cientistas poderão ter de rever alguns dos seus pressupostos básicos sobre a rapidez com que grandes estruturas cósmicas se formaram.
Por enquanto, XLSSC 122 fornece um teste importante dos modelos existentes, mas será necessária uma amostra maior para determinar se as suas propriedades incomuns são raras ou fazem parte de um padrão mais amplo no universo primitivo.
“Ainda estamos no início da era JWST”, disse Feiner, “e se pudermos começar a obter dados sobre dezenas ou centenas destes tipos de objetos nesta fase do universo, poderemos realmente começar a testar os nossos modelos cosmológicos”.
