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O Telescópio Espacial James Webb (JWST) parece estar encontrando múltiplas galáxias que cresceram muito massivas logo após o Big Bang, se o modelo padrão da cosmologia é para ser acreditado.
Em um estudo publicado em Astronomia da Natureza, Mike Boylan-Kolchin, professor associado de astronomia na Universidade do Texas em Austin, descobre que seis das primeiras e mais massivas galáxias candidatas observadas pelo JWST até agora contradizem o pensamento predominante na cosmologia. Isso porque outros pesquisadores estimam que cada galáxia é vista entre 500 e 700 milhões de anos após o Big Bang, mas tem mais de 10 bilhões de vezes a massa do nosso sol. Uma das galáxias até parece ser mais massiva que a Via Láctea, apesar de nossa própria galáxia ter bilhões de anos a mais para se formar e crescer.
“Se as massas estiverem certas, então estamos em território desconhecido”, disse Boylan-Kolchin. “Vamos exigir algo muito novo sobre a formação de galáxias ou uma modificação na cosmologia. Uma das possibilidades mais extremas é que o universo estava se expandindo mais rápido logo após o Big Bang do que previmos, o que pode exigir novas forças e partículas.”
Para que as galáxias se formem tão rapidamente em tal tamanho, elas também precisariam converter quase 100% de seu gás disponível em estrelas.
“Normalmente, vemos um máximo de 10% do gás convertido em estrelas”, disse Boylan-Kolchin. “Portanto, embora a conversão de 100% de gás em estrelas esteja tecnicamente no limite do que é teoricamente possível, na verdade isso exigiria que algo fosse muito diferente do que esperamos”.
Apesar de toda a empolgação que evoca, o JWST apresentou aos astrônomos um dilema inquietante. Se as massas e o tempo desde o Big Bang forem confirmados para essas galáxias, mudanças fundamentais no modelo vigente de cosmologia – o chamado paradigma de energia escura + matéria escura fria (ΛCDM), que guia a cosmologia desde o final dos anos 1990 – poderia ser necessário. Se houver outras maneiras mais rápidas de formar galáxias do que o ΛCDM permite, ou se mais matéria realmente estivesse disponível para formar estrelas e galáxias no início do universo do que se entendia anteriormente, os astrônomos precisariam mudar seu pensamento predominante.
Os tempos e massas das seis galáxias são estimativas iniciais e precisarão de confirmação de acompanhamento com espectroscopia – um método que divide a luz em um espectro e analisa o brilho de diferentes cores. Essa análise pode sugerir que os buracos negros supermassivos centrais, que podem aquecer o gás circundante, podem estar tornando as galáxias mais brilhantes, de modo que parecem mais massivas do que realmente são. Ou talvez as galáxias sejam realmente vistas muito mais tarde do que originalmente estimado devido à poeira que faz com que a cor da luz da galáxia mude para mais vermelho, dando a ilusão de estar a mais anos-luz de distância e, portanto, mais para trás no tempo.
Os dados da galáxia vieram do Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS), uma iniciativa multi-institucional do JWST liderada pelo astrônomo da UT Austin, Steven Finkelstein.
Outro projeto JWST colaborativo em andamento, COSMOS-Web, co-liderado por Caitlin Casey, da UT Austin, pode estar envolvido com espectroscopia e lançar mais luz sobre as descobertas para ajudar a resolver o dilema. O COSMOS-Web está cobrindo uma área aproximadamente 50 vezes maior que o CEERS e espera-se que descubra milhares de galáxias.
“Será ideal para descobrir as galáxias mais raras e massivas nos primeiros tempos, o que nos dirá como as maiores galáxias e buracos negros no universo primitivo surgiram tão rapidamente”, disse Boylan-Kolchin.
A descoberta inicial e as estimativas das massas e desvios para o vermelho das seis candidatas a galáxias foram publicadas em Natureza em fevereiro por uma equipe liderada pela Swinburne University of Technology, na Austrália.
Esta pesquisa é apoiada pela National Science Foundation e pela NASA.
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