Uma fusão de galáxias descoberta pelo Telescópio Espacial James Webb mostra que o universo primitivo era menos ordenado do que as imagens padrão sugerem.
Num artigo da Nature Astronomy publicado em 15 de agosto de 2025, Weida Hu e colegas relatam um sistema que chamam de quinteto de JWSTs: uma grande fusão de pelo menos cinco galáxias com desvio para o vermelho 6,7, observada cerca de 800 milhões de anos após o Big Bang. O sistema foi encontrado no campo GOODS-sul usando dados JWST, e não são apenas cinco pontos brilhantes na mesma direção. A equipe identificou uma estrutura compacta e fisicamente conectada contendo mais de 17 aglomerados do tamanho de galáxias.
Vale a pena levar a descoberta a sério, mas não deve ser lida como a palavra final. É um sistema estudado detalhadamente, e seu significado mais amplo depende de quão comuns são as fusões iniciais semelhantes. Ainda assim, o resultado dá aos astrónomos uma visão directa de algo que já se tornou muito complicado: as galáxias estão a colidir, formando estrelas rapidamente e expelindo material pesado no gás que as rodeia.
Um sistema lotado no redshift 6,7
O quinteto do JWST fica em um pedaço do céu a cerca de 4,5 segundos de arco por 4,5 segundos de arco, correspondendo a uma distância de cerca de 24,6 por 24,6 quiloparsecs físicos. Dentro dessa pequena região, Hu e colegas detectaram pelo menos cinco galáxias com linhas de emissão e muitos aglomerados menores. A massa estelar total é estimada em cerca de 10 bilhões de massas solares.
Não é um pequeno sistema legal. Os autores estimam uma taxa combinada de formação estelar de cerca de 255 massas solares por ano, aproximadamente uma ordem de grandeza superior à típica sequência principal de formação estelar para galáxias naquela época. Simplificando, esta coleção estava formando estrelas muito mais rápido do que uma galáxia típica de massa semelhante tão antiga no universo.
O JWST visualizou o sistema resolvendo aglomerados e detectando linhas de emissão que marcam a formação estelar ativa e gás ionizado. O resultado é um instantâneo da montagem que está em processo: galáxias suficientemente próximas para interagir, uma explosão de formação estelar e gás a expandir-se entre elas em vez de ser mantido ordenadamente dentro de um corpo.
Por que o gás é importante?
A parte mais importante do artigo não é apenas que várias galáxias estão se fundindo. Há gases ao redor deles.
A equipe relatou um grande halo de emissão (O III) mais H beta circundando e conectando quatro galáxias. O oxigênio é uma fonte importante. Os astrônomos chamam os elementos mais pesados que o hélio de “metais”, mesmo quando não são metais na química comum. Esses elementos são forjados por estrelas e dispersos por ventos estelares, supernovas e interações galácticas. Encontrar gás rico em oxigénio fora da galáxia neste momento inicial significa que as estrelas já se formaram, evoluíram, produziram material pesado, e esse material já foi empurrado ou eliminado para o meio circundante.
Como explicam os autores, a integração faz grande parte desse trabalho. À medida que as galáxias se aproximam umas das outras, a gravidade pode puxar o gás para fora nas características das marés. Esse material não precisa esperar por um processo lento e suave para vazar para o ambiente circundante. Numa interação violenta, o gás rico pode ser transportado através do meio circunstelar interno, a região em torno das galáxias que não é o gás interestelar típico ou o espaço intergaláctico vazio.
É por isso que a descoberta tem mais peso do que uma simples imagem de cinco galáxias em colisão. Esta é uma evidência direta do enriquecimento ambiental de metais pelas marés induzidas pela fusão, apenas 800 milhões de anos após o Big Bang.
O universo primitivo não foi primitivo por muito tempo
Após o Big Bang, o universo foi dominado por hidrogênio e hélio. Os elementos mais pesados tiveram que se formar mais tarde, dentro da estrela. A primeira geração de estrelas semeou o seu entorno com carbono, oxigênio e outros elementos, mudando o gás a partir do qual as estrelas e os planetas posteriores poderiam se formar.
As perguntas eram sempre pontuais e entregues. Uma coisa é fazer material pesado. Movê-los pela galáxia é outra questão. Se o Universo primitivo fosse composto principalmente por galáxias jovens pequenas e isoladas, então seria de esperar que a abundância de gás circundante aumentasse mais lentamente. O quinteto do JWST oferece uma rota diferente: múltiplas galáxias jovens interagindo numa região compacta, quando o Universo ainda tinha menos de mil milhões de anos.
A palavra “maduro” também precisa de cuidados. Estas galáxias não eram tão antigas, inativas ou maduras no sentido de estarem totalmente desenvolvidas como as galáxias gigantes de hoje. Elas estavam maduras num sentido químico e dinâmico restrito: já massivas, já formando estrelas intensamente, já fundidas e já transportando material pesado para o seu ambiente.
Esta é uma versão mais interessante da história do que uma simples surpresa. O sistema não mostra que o universo primitivo se comportou exatamente como o universo próximo. Isto mostra que alguns dos processos associados à evolução posterior da galáxia já estavam a operar de forma rápida e eficiente.
Possíveis caminhos para galáxias mortas
Uma razão pela qual os autores se concentraram neste sistema é que ele pode ligar duas observações difíceis. O JWST encontra galáxias inesperadamente massivas e silenciosas nos redshifts 4 a 5. Estas são galáxias que parecem ter formado muitas estrelas no início e depois pararam de formar novas mais cedo do que muitos modelos esperariam.
O quinteto do JWST poderia ser um progenitor plausível de tais objetos. O sistema já tem cerca de 10 mil milhões de massas solares em estrelas e está a formar rapidamente novas estrelas. Hu e colegas argumentam que as massas observadas e as taxas de formação estelar são consistentes com um caminho evolutivo em direção a galáxias massivas quiescentes vistas mais tarde em torno de desvios para o vermelho de 4 a 5.
O processo não é comprovado por este caso. As fusões podem conduzir o gás para dentro, desencadear explosões de formação estelar, expulsar o gás, perturbar a estrutura de uma galáxia e, em última análise, ajudar a drenar ou remover o combustível necessário para a futura formação estelar. Mas se o quinteto do JWST se tornará uma galáxia quiescente depende dos detalhes do fornecimento de gás, do feedback das estrelas e possivelmente dos buracos negros, e de como o sistema continua a coalescer.
No entanto, este é um exemplo sólido de como uma população de galáxias aparentemente muito antiga pode se formar. Em vez de crescer lentamente isoladamente, algumas das primeiras galáxias massivas podem ter-se formado através de interações densas e rápidas em regiões populosas.
A web está mudando
Antes do JWST, esses sistemas eram difíceis de estudar porque eram distantes, fracos e lotados. O Hubble pode encontrar galáxias primitivas, mas a sensibilidade infravermelha e a resolução do Webb tornam-no melhor na distinção de aglomerados, na procura de emissões ópticas de repouso e na detecção de linhas que revelam o estado do gás.
O artigo também se baseia no extenso esforço de campo profundo do JWST, incluindo dados JADES no campo GOODS. Isto é importante porque o resultado não é uma imagem isolada publicada para drama. Ele vem de dados de pesquisas profundas e análises de linhas de emissão, massas estelares, taxas de formação de estrelas e composição de gases.
A próxima questão é frequência. Se o quinteto do JWST for extremamente raro, pode ser um exemplo interessante, mas limitado, de uma reunião inicial. Se surgirem mais sistemas como este, os modelos de crescimento inicial de galáxias e enriquecimento químico deverão abrir espaço para um ambiente lotado e em rápido movimento muito mais cedo do que o esperado.
De qualquer forma, o sistema é uma correção útil para a imagem mental organizada do jovem universo. 800 milhões de anos após o Big Bang, pelo menos algumas regiões não esperavam pacientemente que as galáxias crescessem ao mesmo tempo. Eles já estavam colidindo, formando estrelas em altas taxas e expelindo material de formação estelar no gás ao seu redor.
