Galáxia espiral J0107a no Universo primitivo tem barra galáctica 2,6 mil milhões de anos após o Big Bang

O enigma das galáxias no Universo primitivo acaba de ficar ainda mais estranho.

Uma equipa de astrónomos identificou uma galáxia espiral gigante tão bem estruturada que já exibe uma barra galáctica estável - uma formação longa e retilínea, repleta de estrelas, que atravessa o centro do disco. O mais desconcertante: ela já existia apenas 2,6 mil milhões de anos após o Big Bang.

Não é a primeira barra galáctica encontrada nos primeiros 3 mil milhões de anos de vida do Universo… mas é a primeira analisada com este nível de detalhe. A investigação revelou semelhanças inesperadas com galáxias muito mais “maduras”, ao mesmo tempo que reforça a pergunta central: como, afinal, as galáxias conseguiram organizar-se tão cedo?

"A coisa mais surpreendente é a semelhança com as galáxias locais", disse ao ScienceAlert o astrónomo Shuo Huang, do Observatório Astronómico Nacional do Japão.

"Propusemos observações com o ALMA [Conjunto Milimétrico/submilimétrico de Grande Atacama] para ver se a barra de J0107a está canalizando gás para o interior para alimentar a explosão de formação estelar no centro, mas não esperávamos que a distribuição e o movimento do gás pudessem, de certa forma, se parecer tanto com os das galáxias atuais. Isso significa que a estrutura da galáxia se formou mais rápido do que pensávamos."

Nos últimos tempos, houve uma escalada expressiva no número de grandes galáxias espirais descobertas no Universo primitivo - e isso se tornou um problema sério para a forma como entendemos a evolução do cosmos no início. A ideia dominante era que o processo fosse mais lento: um buraco negro serviria de “semente”, e o gás iria-se acumulando aos poucos ao redor dele, até atingir densidade suficiente para começar a formar estrelas.

Com o crescimento, a gravidade passaria então a organizar a massa em braços espirais como os que vemos no Universo local, incluindo na nossa Via Láctea. Já a barra galáctica central, por ser uma peça muito organizada e evoluída da arquitetura de uma galáxia, costuma ser associada a sistemas mais antigos.

Além disso, barras - que funcionam como “corredores” que empurram fluxos de gás na direção do centro galáctico - são relativamente fáceis de perturbar. Até mesmo a interação com uma galáxia de passagem, quanto mais uma colisão, pode atrapalhar a sua formação e estabilidade.

A galáxia espiral J0107a e a barra galáctica no Universo primitivo

Em 2023, Huang e os seus colegas descreveram uma galáxia chamada J0107a com base em dados do Telescópio Espacial James Webb (JWST), do Observatório de Raios X Chandra e do ALMA. Trata-se de um verdadeiro “monstro”: uma espiral de grande desenho, muito bem definida, com 450 mil milhões de massas solares em estrelas e uma taxa de formação estelar intensa, de 500 massas solares por ano.

Para compreender como a J0107a chegou a esse estado, o grupo recorreu a observações do JWST e do ALMA para mapear o movimento do gás no interior do sistema.

O que o JWST e o ALMA revelaram sobre o fluxo de gás

O que apareceu nos dados foi um choque: a barra da galáxia está a desviar gás para o centro a uma taxa de cerca de 600 massas solares por ano, alimentando diretamente a formação estelar elevada observada na região central.

Esse escoamento de gás associado à barra acontece na J0107a cerca de 10 a 100 vezes mais rápido do que em galáxias do Universo local, incluindo a Via Láctea. À medida que o gás flui para o centro, ele vai-se acumulando e aumentando a densidade. Como as estrelas nascem em nós densos dentro de nuvens espessas de gás e poeira, esses fluxos realmente favorecem o “nascimento” estelar. O resultado sugere que as barras podem ter sido um motor importante do crescimento e da evolução das galáxias muito antes do que se considerava possível.

Só que, a cada resposta, surgem inevitavelmente novas perguntas.

"Mostramos que o movimento e a distribuição do gás são muito semelhantes aos das galáxias locais, mas não está claro se as estrelas se formam a partir desse gás da mesma forma", afirmou Huang. "O gás é muito mais denso do que o das galáxias locais. A formação estelar é sensível à densidade do gás, então ela pode ocorrer em algum lugar onde as galáxias locais não formam estrelas."

O que isso muda nos modelos de evolução das galáxias

A descoberta também indica que talvez seja necessário rever os modelos de evolução galáctica no início do Universo. Um caminho conhecido para o crescimento de galáxias é a fusão com outras galáxias. No entanto, a presença de uma barra estável aponta que a J0107a pode ter permanecido sem grandes perturbações durante um período considerável.

Por isso, os investigadores defendem que a galáxia se formou rapidamente de forma mais direta, a partir de gás entregue pela teia cósmica que se estende pelo espaço intergaláctico.

"Estamos interessados na existência de uma galáxia tão grande, com uma forma parecida com a das galáxias locais, apenas 2,6 mil milhões de anos após o Big Bang", disse Huang.

"Uma possível resposta é que uma grande quantidade de entrada de gás a partir da teia cósmica formou um disco gigante. Como o fluxo de gás cósmico chega à galáxia e se estabiliza para formar um disco é uma questão em aberto na astronomia observacional. As previsões teóricas ainda não foram observadas diretamente."

Os pesquisadores esperam que observações futuras da galáxia ajudem a resolver esses quebra-cabeças intrigantes.

A pesquisa foi publicada na Nature.