Astrónomos descobrem uma galáxia muito antiga com o James Webb, datando dos primórdios do universo.

As primeiras observações com o telescópio espacial James Webb revelaram uma galáxia cuja luz levou quase 13,5 mil milhões de anos a chegar até nós. Esta descoberta aproxima ainda mais a astronomia da fase inicial do Universo e põe em causa várias ideias correntes sobre o nascimento das primeiras estrelas e galáxias.

MoM-z14: uma galáxia da infância do cosmos

A galáxia recém-identificada recebeu a designação MoM-z14. Por detrás deste nome algo técnico está um verdadeiro objeto de recorde. Vemo-la tal como era quando o Universo tinha apenas cerca de 280 milhões de anos - isto é, perto de dois por cento da sua idade atual.

MoM-z14 oferece uma visão direta da “madrugada cósmica”, quando as primeiras estrelas e galáxias começaram a emergir da escuridão.

A luz desta galáxia percorreu quase 13,5 mil milhões de anos-luz até aos nossos telescópios. Em astronomia, isto significa que quanto mais longe está um objeto, mais para trás no tempo conseguimos espreitar. Neste caso, o James Webb funciona como uma enorme máquina do tempo.

Esperava-se um anão - encontrou-se uma potência

Antes do lançamento do telescópio James Webb, os investigadores partiam do princípio de que as primeiras galáxias seriam pequenas, pouco luminosas e extremamente raras. A estrutura cósmica deveria formar-se de modo lento e progressivo. MoM-z14 não encaixa minimamente nesse cenário.

As medições mostram que a galáxia é:

• muito compacta, ou seja, concentrada numa área reduzida,
• invulgarmente luminosa,
• e já apresenta uma composição química complexa.

O que mais surpreende os especialistas é, acima de tudo, o brilho elevado. Uma luminosidade tão intensa sugere que ali já terão nascido muitas estrelas - e isto numa fase em que o Universo, em teoria, ainda mal tivera tempo para uma evolução tão acelerada.

Quantidades notáveis de azoto

Particularmente interessante é a assinatura química de MoM-z14. Os dados apontam para níveis elevados de azoto. Esta substância não surge simplesmente do nada no espaço vazio. Forma-se no interior de estrelas massivas e só regressa ao exterior através de explosões ou de ventos estelares intensos.

Valores elevados de azoto indicam que já surgiram e desapareceram várias gerações de estrelas massivas - num intervalo cósmico extremamente curto.

Isto significa que em MoM-z14 terão nascido, vivido e explodido como supernovas estrelas enormes num ritmo muito rápido. Dessa forma, enriqueceram o meio envolvente com elementos mais pesados. Exatamente isso contradiz modelos mais antigos, segundo os quais a formação de elementos mais complexos deveria ter sido muito mais lenta.

O James Webb obriga a cosmologia a repensar tudo

MoM-z14 não é um caso isolado. Desde que o James Webb entrou em funcionamento regular, têm surgido repetidamente galáxias surpreendentemente luminosas e evoluídas vindas do início do Universo. Esta nova observação leva essa tendência ainda mais longe.

Para a investigação, isto quer dizer que muitas das suposições mais comuns sobre o desenrolar da história cósmica precisam de ser analisadas com rigor. Algumas das perguntas centrais neste momento são:

• As estrelas e as galáxias terão surgido muito mais depressa do que se julgava?
• Os nossos modelos de matéria escura estarão incompletos?
• Os telescópios poderão estar a subestimar de forma sistemática certos efeitos, como o brilho destes objetos?

O estudo sobre MoM-z14 foi publicado no Open Journal of Astrophysics. A equipa sublinha que cada nova observação do Webb não só traz respostas, como também levanta imediatamente novos enigmas. A ciência fala de um “desconforto estimulante”: os dados são precisos, mas não se ajustam bem às teorias existentes.

O que significa a “madrugada cósmica”

A época em que MoM-z14 brilha é frequentemente chamada pelos investigadores de “madrugada cósmica”. Depois do Big Bang, o Universo arrefeceu primeiro e formaram-se nuvens de gás de hidrogénio e hélio. Mais tarde, após algumas centenas de milhões de anos, acenderam-se as primeiras estrelas.

Essas primeiras estrelas e galáxias tinham várias funções ao mesmo tempo:

• Produziram a primeira luz forte no espaço até então escuro.
• Criaram elementos mais pesados, como carbono, oxigénio e azoto.
• Ionizaram o gás circundante, ou seja, arrancaram eletrões aos átomos e alteraram de forma duradoura as propriedades do Universo.

MoM-z14 situa-se precisamente nesta fase decisiva. Ao observar galáxias desta época, os astrónomos reconstroem a forma como o Universo jovem se “ligou” - de um mar escuro e neutro de gás para um cosmos estruturado com estrelas, galáxias e, mais tarde, também sistemas planetários.

Como o James Webb consegue olhar tão para trás

A chave técnica está na gama do infravermelho. Devido à expansão do Universo, a luz de galáxias distantes é cada vez mais deslocada para comprimentos de onda maiores. O que outrora era ultravioleta chega hoje até nós como infravermelho.

O James Webb está precisamente especializado nesta faixa de comprimentos de onda longos e, por isso, “vê” objetos que permanecem quase invisíveis para telescópios óticos.

Os espelhos gigantes e os detetores infravermelhos extremamente sensíveis permitem detetar os sinais mais ténues. Depois, espectros precisos revelam a distância, o brilho e a composição química destas galáxias primordiais.

Que consequências tem esta descoberta para a nossa visão do Universo

MoM-z14 sugere que o Universo jovem era muito mais dinâmico do que se pensava. As galáxias poderão ter-se fundido mais cedo e a formação estelar poderá ter sido muito mais intensa. Isso tem impacto direto em várias áreas da cosmologia, como:

• o cálculo da velocidade a que as estruturas se formam,
• o papel da matéria escura como “andaime” das galáxias,
• e os momentos em que certas abundâncias de elementos se tornaram alcançáveis.

Por isso, os investigadores estão neste momento a avaliar se terão de ajustar os seus modelos ou se algumas das observações poderão ainda ser explicadas por efeitos até agora subestimados, como poeira ou lentes gravitacionais, que podem amplificar a luz.

O que os não especialistas podem aprender com esta galáxia de recorde

Quem não lida diariamente com cosmologia pode retirar desta descoberta algumas ideias fundamentais. Em primeiro lugar: o Universo não é um lugar calmo e estático. Logo após o Big Bang, aconteceu uma quantidade enorme de coisas num intervalo de tempo muito curto. Em segundo lugar: cada nova geração de telescópios altera profundamente a nossa imagem do cosmos. O que ontem parecia garantido volta hoje a estar em discussão.

Em terceiro lugar: elementos como azoto, carbono ou oxigénio, que na Terra tornam a vida possível, acabam por ter origem em processos como os observados em MoM-z14. Sem estes primeiros fogos estelares, não existiriam nem planetas como a Terra nem a diversidade biológica.

Termos explicados de forma breve

Termo	Significado
Ano-luz	Distância que a luz percorre num ano, cerca de 9,46 biliões de quilómetros.
Big Bang	Designação para o início do Universo há cerca de 13,8 mil milhões de anos.
Galáxia	Enorme conjunto de estrelas, gás, poeira e matéria escura, mantido unido pela gravidade.
Supernova	Explosão de uma estrela massiva, durante a qual grandes quantidades de elementos pesados são lançadas para o espaço.

Com novas observações de objetos semelhantes, as equipas querem agora construir um quadro estatisticamente robusto desta fase inicial. Recordes isolados são fascinantes, mas só muitas galáxias como MoM-z14 mostram até que ponto este arranque turbo do cosmos foi típico ou excecional.

O que já é claro é que o telescópio espacial James Webb abriu a porta para uma época que, até há pouco tempo, era apenas teoria. Cada novo conjunto de dados pode orientar o puzzle cósmico numa direção inesperada - e MoM-z14 é, neste momento, uma das peças mais espetaculares dessa imagem.