Os astrônomos detectaram oxigênio na galáxia mais antiga conhecida

Cientistas usando dois telescópios enormes – um na terra e outro em espaço -detectaram oxigênio na galáxia mais antiga conhecida, uma luz radiante de estelar apenas 300 milhões de anos após o Big Bang.

A galáxia, descoberta com NASA‘s Telescópio espacial James Webb em 2024, é chamado JADES-GS-Z14-0. Em novas observações envolvendo a matriz ATACAMA GRANDE milímetro/submilímetro no Chile, ou Almadois grupos separados de pesquisadores não apenas mediram sua distância extraordinária com precisão, mas confirmaram sinais de que o oxigênio estava presente.

A descoberta, juntamente com outras evidências crescentes, abalou a comunidade de pesquisa, desafiando o pensamento anterior de que as galáxias há muito tempo – quando o universo tinha apenas dois por cento de 13,8 bilhões de anos – não teria muitos elementos mais pesados ​​do que hidrogênio e hélio. Antes de Webb, outros telescópios, como o Telescópio Espacial Hubble e simulações de computador sugeriram oxigênio, carbono e nitrogênio, não surgiram por mais de 200 a 400 milhões de anos.

Os novos estudos, publicados em Astronomia e astrofísica e The Astrophysical JournalAssim, Sugira que a galáxia distante tenha cerca de 10 vezes mais elementos pesados ​​do que o esperado, forçando os cientistas a repensar o quão precoces as galáxias poderiam ter se formado e evoluído tão rapidamente.

“Antes do advento do JWST, observamos principalmente galáxias ‘próximas’, que forneciam um instantâneo de um universo evoluído”, disse Stefano Carniani, pesquisador da Scuola Normale Superiore, na Itália, e principal autor de um dos estudos, Strong The One. “Nosso entendimento do universo primitivo foi baseado nessas observações, e nós [had] assumiu que esse cenário permaneceu inalterado ao longo do tempo cósmico “.

A antiga galáxia JADES-GS-Z14-0 está localizada na constelação de Fornax.
Crédito: Alma / S. Carniani et al. / S. Schouws et al / NASA / ESA / CSA / Brant Robertson / Ben Johnson / Sandro Tacchella / Phill Cargile

A diferença que os cientistas estão vendo entre como as galáxias amadurecem agora e naquela época é esse gás – o combustível da formação de estrelas – flui de forma contínua e suave nas galáxias contemporâneas, levando esses bairros estelares a crescer constantemente por longos períodos de tempo, disse Carniani. Mas observações de galáxias antigas como JADES-GS-Z14-0 sugerem que os fluxos de gás eram muito mais caóticos. Essas galáxias às vezes parecem ter acumulado vastas reservatórios de gás.

“Mesmo que apenas uma pequena fração tenha sido convertida em estrelas, seu rápido crescimento e evolução eram inevitáveis”, disse Carniani.

A teoria líder costumava ser que as primeiras estrelas – as confusamente nomeadas “Estrelas da População III” – foram formadas no universo primitivo, principalmente antes que os elementos mais pesados ​​que o hélio existissem. Pensa -se que essas estrelas originais tenham sido extremamente maciças, luminosas e quentes. Eventualmente, eles teriam morrido em violento supernovasexplodindo novos tipos de substâncias químicas.

Elementos mais pesados ​​são forjados Nos núcleos de estrelasapenas para ser espalhado pelo espaço interestelar depois que as estrelas explodem. Essas explosões semeiam o universo com os primeiros elementos mais pesados, mas os astrônomos pensaram que levaria várias gerações de estrelas antes que as galáxias estivessem cheias de oxigênio suficiente e outros elementos para serem detectáveis.

Mas outra coisa a considerar é que estrelas muito massivas não vivem muito – no máximo, alguns milhões de anos, disse Sander Schouws, pesquisador do Observatório de Leiden na Holanda e autor principal de outros trabalhos, Strong The One. Isso pode explicar como os elementos mais pesados ​​poderiam ter inundado a galáxia rapidamente naquela época.

Até agora, Webb revelou que, de fato, muitas galáxias brilhantes existiam no Cosmic Dawn, um período entre 100 milhões de anos a 1 bilhão de anos após o Big Bang. Alguns cientistas postularam que talvez galáxias nesta era formassem estrelas com mais eficiência, deixando para trás pouco gás e poeira extra. Se houvesse muito gás, diluiria essencialmente esses elementos mais pesados, tornando -os difíceis de detectar.

Outros sugerem que a poderosa luz das estrelas forçou o gás e a poeira, fazendo com que as galáxias pareçam mais brilhantes porque menos material estava disponível para obscurecê -las. Ainda assim, algumas teorias propõem que buracos negros supermassivos Alimentando jatos enormes poderia explicar o brilho das galáxiasembora os estudos de Jades-GS-Z14-0 não tenham encontrado evidências de um.

Imagens da galáxia antiga mostraram seu brilho a ser espalhado por 1.600 anos-luzindicando que a maior parte de sua luz vem de estrelas jovens e não uma concentração de emissões de buracos negros em seu centro. Se as estimativas estiverem corretas, a galáxia será várias centenas de milhões de vezes a massa do sol.

O Telescópio Espacial James Webb, juntamente com o ATACAMA GRANDE MILÍMETRO/SUBLIMETER DRAY (ALMA) no Chile, estão se hospedando na galáxia mais antiga conhecida no universo.
Crédito: NASA-GSFC / Adriana M. Gutierrez (CI Lab) Ilustração

Schouws aponta outro fator que poderia complicar a interpretação dos astrônomos do que está acontecendo nesta antiga galáxia: um fenômeno chamado Formação estrelada Poderia fazer parecer que está se formando muito mais rápido do que realmente é.

Em Formação estreladaas galáxias ficam intermitentemente brilhantes. Isso poderia fazer parecer em um único instantâneo como se a galáxia estivesse crescendo muito mais rápida do que se os cientistas calcessem a média desse brilho por um longo período de tempo. Em vez de fazer estrelas em um clipe constante, como a Via Láctea, por exemplo, essas galáxias produzem estrelas inconsistentemente, com uma proliferação de uma só vez, seguida por períodos estagnados às vezes esticando milhões de anos.

O pensamento é que uma explosão de estrelas, toda a mesma geração, se forma e depois morre em supernovas Alguns milhões de anos depois, na mesma época. O gás pode então ser reciclado para formar novas estrelas, mas o processo é irregular na melhor das hipóteses.

“Esse é um efeito que precisamos explicar”, disse Schouws, “mas isso pode ser complicado”.