Por fim, sabemos o que levou luz ao vazio escuro e sem forma do Universo primordial.
Com base em observações dos telescópios espaciais Hubble e James Webb (JWST), a origem dos fótons que viajavam livres no início do alvorecer cósmico teria sido um enxame de pequenas galáxias anãs que “acenderam”, dissipando a névoa de hidrogénio turvo que preenchia o espaço intergaláctico. Um artigo científico sobre o estudo foi publicado em fevereiro de 2024.
“Esta descoberta revela o papel crucial desempenhado por galáxias ultra-fracas no desenvolvimento do Universo primitivo”, afirmou a astrofísica Iryna Chemerynska, do Institut d'Astrophysique de Paris.
“Elas produzem fótons ionizantes que transformam o hidrogénio neutro em plasma ionizado durante a reionização cósmica. Isso destaca a importância de compreender galáxias de baixa massa na construção da história do Universo.”
Do plasma ao gás neutro: por que o Universo ficou escuro
No comecinho do Universo, poucos minutos após o Big Bang, o espaço estava tomado por uma névoa quente e densa de plasma ionizado. A pouca luz existente não conseguiria atravessar esse ambiente: os fótons se dispersariam ao colidir com os elétrons livres, deixando o Universo efetivamente às escuras.
À medida que tudo arrefeceu, cerca de 300.000 anos depois, prótons e elétrons passaram a combinar-se, formando gás de hidrogénio neutro (e uma pequena porção de hélio).
Nesse meio neutro, a maior parte dos comprimentos de onda da luz conseguiria propagar-se - mas quase não havia fontes capazes de emiti-la. Ainda assim, foi a partir desse hidrogénio e hélio que nasceram as primeiras estrelas.
Alvorecer cósmico e reionização cósmica
A radiação dessas estrelas iniciais era intensa o suficiente para arrancar elétrons dos núcleos atómicos e reionizar o gás. Porém, nesse estágio, o Universo já tinha-se expandido bastante; o gás encontrava-se difuso e já não conseguia impedir que a luz se espalhasse.
Por volta de 1 mil milhão de anos após o Big Bang - quando se aproxima o fim do período conhecido como alvorecer cósmico - o Universo estava totalmente reionizado. Pronto: as “luzes” tinham-se acendido.
Ainda assim, a combinação de muita opacidade no alvorecer cósmico com a extrema fraqueza e distância desses sinais ao longo do espaço-tempo dificultou ver com clareza o que existia ali.
Durante muito tempo, a hipótese dominante era que a limpeza do nevoeiro dependeria de fontes muito poderosas: buracos negros enormes, cuja acreção gera clarões intensos, por exemplo; e galáxias grandes em plena formação estelar (estrelas recém-nascidas emitem muita luz ultravioleta).
JWST, Hubble e a lente gravitacional de Abell 2744
O JWST foi concebido, entre outros objetivos, para espreitar o alvorecer cósmico e tentar identificar o que se escondia nessa fase. Os resultados têm sido notáveis, trazendo surpresas sobre um intervalo essencial para a construção do nosso Universo. De forma inesperada, as observações do telescópio agora apontam as galáxias anãs como protagonistas da reionização.
Uma equipa internacional liderada pelo astrofísico Hakim Atek, também do Institut d'Astrophysique de Paris, recorreu a dados do JWST sobre o enxame de galáxias Abell 2744, complementados por medições do Hubble.
Abell 2744 é tão denso que deforma o espaço-tempo ao seu redor, formando uma lente cósmica: a luz de objetos muito distantes que chega até nós ao atravessar essa região é amplificada. Isso permitiu aos investigadores observar galáxias anãs minúsculas próximas do alvorecer cósmico.
Em seguida, o grupo usou o JWST para obter espectros detalhados dessas pequenas galáxias. A análise indicou que, além de serem o tipo de galáxia mais comum no Universo inicial, elas são muito mais brilhantes do que se esperava.
Por que as galáxias anãs ultra-fracas mudam o cenário
Na prática, o estudo conclui que as galáxias anãs superam as galáxias grandes numa proporção de 100 para 1 e, somadas, entregam quatro vezes a radiação ionizante normalmente atribuída às galáxias maiores.
“Essas centrais de energia cósmicas, em conjunto, emitem mais do que energia suficiente para cumprir a tarefa”, disse Atek.
“Apesar do tamanho diminuto, essas galáxias de baixa massa produzem radiação energética em grande quantidade, e a sua abundância nesse período é tão significativa que a influência coletiva pode transformar todo o estado do Universo.”
Próximos passos para confirmar a amostra
Embora seja a evidência mais forte até agora sobre o motor da reionização, ainda há etapas a cumprir. A equipa analisou apenas uma pequena região do céu; por isso, é necessário confirmar que o conjunto observado não é apenas um agrupamento atípico de galáxias anãs, mas sim uma amostra representativa de toda a população existente no alvorecer cósmico.
A intenção é examinar mais regiões do céu com lentes cósmicas para construir um conjunto mais amplo de populações galácticas primitivas. Mesmo com esta única amostra, os resultados são extremamente empolgantes: a reionização tem sido um enigma perseguido desde que se tomou consciência do fenómeno, e estamos perto de, enfim, varrer a neblina.
“Agora entrámos em território inexplorado com o JWST”, afirmou o astrofísico Themiya Nanayakkara, da Swinburne University of Technology, na Austrália.
“Este trabalho abre questões ainda mais instigantes que precisamos responder nos nossos esforços para mapear a história evolutiva das nossas origens.”
A pesquisa foi publicada na Nature.
Uma versão deste artigo foi publicada originalmente em março de 2024.
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