SPT2349-56: um **protoaglomerado** colossal de galáxias no Universo primitivo

Ao observar a milhares de milhões de anos-luz de distância - recuando no tempo até uma fase em que o Universo tinha apenas cerca de 10% da idade actual - astrónomos identificaram um amontoado extraordinário: 14 galáxias jovens, em intensa explosão de formação estelar, a aproximarem-se e a fundirem-se num único sistema que poderá vir a integrar uma das estruturas mais massivas conhecidas.

A descoberta foi feita por uma equipa internacional, recorrendo a alguns dos telescópios mais potentes em funcionamento. Os dados revelam uma concentração invulgarmente compacta de galáxias quentes e ricas em poeira, em trajectórias de colisão.

Com o passar do tempo, esta “mega-fusão” deverá dar origem a um aglomerado de galáxias: um conjunto ligado gravitacionalmente por matéria escura e que, no limite, poderá culminar na coalescência de grande parte do sistema numa galáxia gigantesca.

Esta fase inicial de construção de um aglomerado é conhecida como protoaglomerado - e, neste caso, trata-se de uma detecção rara e especialmente impressionante.

“Captar um aglomerado de galáxias massivo em plena fase de formação é, por si só, espectacular”, afirmou Scott Chapman, astrofísico da Universidade de Dalhousie e coautor de um novo artigo publicado na revista Nature.
“Mas o facto de isto estar a acontecer tão cedo na história do Universo coloca um desafio formidável à nossa compreensão actual de como as estruturas se formam no Universo.”

As 14 galáxias em SPT2349-56, registadas pelo ALMA. (ALMA; B. Saxton)

O que torna o protoaglomerado SPT2349-56 tão fora do comum?

O protoaglomerado SPT2349-56 encontra-se a cerca de 12,4 mil milhões de anos-luz e é composto por galáxias poeirentas que estão a formar estrelas a um ritmo extremo - até 1 000 vezes superior ao da Via Láctea. Ainda assim, todas estas galáxias estão comprimidas numa região com apenas cerca de três vezes o tamanho da nossa galáxia.

Só por estas características, SPT2349-56 já seria uma raridade. No entanto, há um detalhe adicional que torna o cenário ainda mais intrigante: esta não foi uma ocorrência isolada, mas sim uma de duas descobertas recentes do mesmo tipo.

O “Núcleo Vermelho Poeirento”: um segundo protoaglomerado no Universo jovem

Em Setembro do ano anterior, uma outra equipa publicou no repositório de pré-publicações arXiv um estudo (posteriormente aceite para publicação no The Astrophysical Journal) onde descreve um protoaglomerado com 10 galáxias poeirentas em explosão de formação estelar no Universo primitivo. Os autores deram-lhe a alcunha de Núcleo Vermelho Poeirento.

É natural esperar que, no Universo jovem, se encontrem muitos processos em curso - nascimento de estrelas, formação de galáxias e até de aglomerados. O que surpreende, contudo, é a dimensão e a composição destes protoaglomerados: conjuntos tão densos, com tantas galáxias poeirentas e extremamente activas ao mesmo tempo, desafiam a intuição e os modelos.

“Pensa-se que a fase de explosão poeirenta de formação estelar seja relativamente curta, porque estas galáxias consomem o seu gás a um ritmo extraordinário”, explicou Iván Oteo, astrofísico da Universidade de Edimburgo e autor principal do estudo do arXiv.
“Em qualquer momento, em qualquer região do Universo, estas galáxias costumam estar em minoria. Por isso, encontrar tantas explosões poeirentas a brilhar ao mesmo tempo, desta forma, é muito desconcertante - e é algo que ainda precisamos de compreender.”

Porque é que estes protoaglomerados desafiam os modelos do Universo?

De acordo com os modelos cosmológicos actuais, após o Big Bang o Universo permaneceu escuro durante algum tempo. Só cerca de 1 000 milhões de anos mais tarde é que se tornou totalmente ionizado e transparente, permitindo que as primeiras galáxias começassem a surgir de forma observável.

Os dois protoaglomerados parecem existir aproximadamente 1 400 milhões de anos após o Big Bang. Os modelos admitem que estruturas deste género possam formar-se, mas indicam que, em condições “normais”, deveriam ter necessitado de muito mais tempo para evoluir até concentrações tão massivas e compactas.

“Como é que este conjunto de galáxias ficou tão grande tão depressa é um mistério”, afirmou Tim Miller, doutorando na Universidade de Yale e autor principal do artigo na Nature.
“Não foi construído gradualmente ao longo de milhares de milhões de anos, como os astrónomos poderiam esperar. Esta descoberta oferece uma excelente oportunidade para estudar como galáxias massivas se juntaram para construir enormes aglomerados de galáxias.”

Observações e interpretação de SPT2349-56. (Observatório Europeu do Sul/ALMA; Miller e colaboradores)

Como foi detectado: do “borrão” inicial às imagens de alta resolução

O SPT2349-56 foi identificado pela primeira vez em 2010 como um fraco borrão de luz, registado pelo Telescópio do Pólo Sul. A assinatura era suficientemente invulgar para justificar observações mais detalhadas com instrumentação mais potente.

Para isso, foram utilizados o Grande Conjunto Milimétrico/submilimétrico de Atacama (ALMA) e o Experimento Pathfinder de Atacama (APEX), ambos associados ao Observatório Europeu do Sul (ESO), permitindo obter imagens com maior resolução e revelar a estrutura interna do sistema.

Em geral, objectos tão antigos (logo, tão distantes) são demasiado ténues para os telescópios os detectarem com facilidade. Ainda assim, os investigadores sublinham que poderão existir mais protoaglomerados semelhantes por descobrir.

“Estas descobertas com o ALMA são apenas a ponta do icebergue. Observações adicionais com o telescópio APEX mostram que o número real de galáxias em formação estelar é provavelmente até três vezes superior”, disse Carlos De Breuck, astrónomo do ESO.
“Observações em curso com o instrumento MUSE, no Telescópio Muito Grande do ESO, também estão a identificar galáxias adicionais.”

O que pode vir a seguir: matéria escura, gás e o futuro do SPT2349-56

A presença de matéria escura é crucial neste cenário: ao fornecer a “estrutura” gravitacional de fundo, facilita que o gás e as galáxias se acumulem em regiões muito densas, acelerando encontros e fusões. Em ambientes tão compactos, a disponibilidade (e a rápida perda) de gás pode ditar tanto a duração das explosões de formação estelar como a velocidade a que o protoaglomerado amadurece para um aglomerado completo.

Nos próximos anos, medições mais detalhadas da distribuição de gás e poeira, bem como da dinâmica das galáxias individuais, poderão ajudar a perceber se estamos a observar um breve instante estatisticamente raro ou se, pelo contrário, estas concentrações foram subestimadas por limitações observacionais - sobretudo porque, a estas distâncias, muitos sistemas permanecem invisíveis sem instrumentos milimétricos e submilimétricos.

O estudo sobre o SPT2349-56 foi publicado na revista Nature, e o artigo sobre o Núcleo Vermelho Poeirento pode ser consultado no repositório de pré-publicações arXiv.