Os astrónomos descobriram que algumas das maiores galáxias do Universo primitivo continham estrelas muito mais pequenas do que os cientistas pensavam anteriormente. Essa população oculta significa que estas galáxias antigas podem ter sido muito mais massivas do que se pensava anteriormente.
A descoberta, feita por uma equipa internacional que também incluiu investigadores da Penn State, acrescenta um desafio crescente às teorias sobre a formação e evolução das primeiras galáxias. As descobertas foram publicadas em astronomia da natureza.
JWST descobre estrelas fracas em galáxias antigas
Usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA, os pesquisadores examinaram nove galáxias massivas e maduras que pararam de produzir novas estrelas há bilhões de anos. Eles combinaram observações JWST do universo distante com dados anteriores baseados em terra do Very Large Telescope.
Pela primeira vez, a equipe foi capaz de estimar com segurança o número relativo de estrelas pequenas e fracas e de estrelas muito grandes e brilhantes em galáxias a distâncias tão grandes.
“Essas galáxias são diferentes”, disse a Dra. Keiko Miwa Ross, professora associada de astronomia e astrofísica em meio de carreira na Penn State, e Joel Leja, coautor do artigo. “Eles são diferentes de uma forma que os torna realmente difíceis de compreender, porque são mais massivos do que esperávamos – tal como a supergigante, a sua massa é três ou quatro vezes maior do que esperávamos.”
Os astrónomos fizeram medições separando a luz de cada galáxia num espectro. Pequenas variações de cor dentro desse espectro podem revelar que tipo de estrela está presente.
A dificuldade é que estrelas maiores e mais brilhantes dominam a luz, enquanto estrelas menores são muito mais fracas e mais difíceis de detectar. Os pesquisadores da Penn State contribuíram com experiência e orientação para modelar a luz detectada em sistemas galácticos.
Estrelas brilhantes podem esconder enormes populações estelares
“Se uma galáxia fosse uma cidade, as estrelas mais brilhantes seriam arranha-céus que chamariam imediatamente a sua atenção à distância”, disse a autora principal Chloe Cheng, recentemente doutorada na Universidade de Leiden. “Os nossos modelos demonstram que um número muito maior de estrelas de baixa massa são obscurecidas por estrelas mais raras e brilhantes, como casas escondidas entre arranha-céus. Como resultado, esta galáxia é muito mais massiva do que sugeriam estimativas anteriores.”
Tradicionalmente, os astrónomos que estimam a massa escondida em estrelas pequenas e ténues assumem que as estrelas em todo o Universo são constituídas em proporções aproximadamente iguais. As novas descobertas desafiam essa crença de longa data.
Os investigadores descobriram que as galáxias mais massivas do Universo primitivo têm um número muito maior de estrelas de baixa massa do que galáxias mais pequenas como a Via Láctea.
Segundo a coautora Martje Slob, doutoranda na Universidade de Leiden, uma galáxia se destacou em particular. Provavelmente formou-se menos de meio bilhão de anos após o Big Bang e pode ser quatro vezes mais massivo do que os cálculos anteriores.
“Até recentemente, tais medições eram simplesmente impossíveis”, disse Slob. “Precisávamos não apenas de um telescópio capaz de ampliar galáxias muito distantes, mas também de espectros de qualidade excepcional e de novas técnicas de análise para detectar de forma confiável as assinaturas sutis de estrelas fracas e de baixa massa escondidas dentro desses titãs cósmicos.”
Um quebra-cabeça ainda maior do universo inicial
As descobertas podem ter consequências importantes para os cientistas que tentam compreender como as galáxias evoluíram no universo jovem.
Desde que o JWST começou a observar o Universo, os astrónomos identificaram repetidamente galáxias inesperadamente massivas e maduras que existiram pouco depois do Big Bang. Essas descobertas já pressionaram os modelos existentes de formação de galáxias.
“Esta descoberta tem implicações importantes para a nossa compreensão do universo primitivo”, disse Leja, que também é afiliado ao Instituto Penn State de Ciências Computacionais e de Dados. “Desde o lançamento do JWST, os astrónomos descobriram galáxias surpreendentemente massivas e maduras que já existiam pouco depois do Big Bang. Pensa-se que estas galáxias muito antigas tenham evoluído para os tipos de galáxias estudadas neste trabalho; adicionar quatro vezes mais estrelas a estas galáxias massivas e formadas precocemente aumenta ainda mais esta tensão.”
Se tais galáxias contêm muito mais estrelas do que os investigadores estimaram anteriormente, as teorias de formação de galáxias devem explicar como é que um número tão grande de pequenas estrelas pode ter surgido tão cedo na história cósmica.
Estrelas ocultas também podem significar planetas mais primitivos
Suas implicações podem ir além da formação de galáxias.
“Este resultado mostra que há muito mais massa escondida em estrelas de baixa massa do que se pensava anteriormente”, disse Mariska Crick, que liderou a investigação e é professora de astronomia extragaláctica no Observatório de Leiden. “Isto tem implicações para muitas áreas da astronomia. Por exemplo, uma vez que muitos planetas orbitam estrelas de baixa massa, também pode indicar que muito mais planetas se formaram no Universo primitivo do que pensávamos.”
Nos próximos anos, os investigadores planeiam usar as mesmas técnicas para estudar galáxias de períodos anteriores. O seu objetivo é fazer observações mais próximas da época em que as primeiras gerações de estrelas e galáxias começaram a surgir no Universo.
