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Quando os astrônomos tiveram seus primeiros vislumbres de galáxias no universo primitivo do Telescópio Espacial James Webb da NASA, eles esperavam encontrar pequenos galácticos, mas em vez disso encontraram o que parecia ser um bando de fisiculturistas olímpicos. Algumas galáxias pareciam ter crescido tanto, tão rapidamente, que as simulações não conseguiam explicá-las. Alguns pesquisadores sugeriram que isso significava que algo poderia estar errado com a teoria que explica do que o universo é feito e como ele evoluiu desde o big bang, conhecido como o modelo padrão da cosmologia.
De acordo com um novo estudo em O Jornal Astrofísico liderado pela estudante de pós-graduação da Universidade do Texas em Austin, Katherine Chworowsky, algumas dessas galáxias primitivas são, na verdade, muito menos massivas do que pareciam inicialmente. Buracos negros em algumas dessas galáxias as fazem parecer muito mais brilhantes e maiores do que realmente são.
“Ainda estamos vendo mais galáxias do que o previsto, embora nenhuma delas seja tão massiva a ponto de ‘quebrar’ o universo”, disse Chworowsky.
A evidência foi fornecida pela Pesquisa de Ciência de Liberação Antecipada da Evolução Cósmica (CEERS) do Webb, liderada por Steven Finkelstein, professor de astronomia na UT e coautor do estudo.
Buracos negros aumentam o brilho
De acordo com este último estudo, as galáxias que pareciam excessivamente massivas provavelmente hospedam buracos negros que consomem gás rapidamente. O atrito no gás em movimento rápido emite calor e luz, tornando essas galáxias muito mais brilhantes do que seriam se essa luz emanasse apenas de estrelas. Essa luz extra pode fazer parecer que as galáxias contêm muito mais estrelas e, portanto, são mais massivas do que estimaríamos de outra forma. Quando os cientistas removem essas galáxias, apelidadas de “pequenos pontos vermelhos” (com base em sua cor vermelha e tamanho pequeno), da análise, as galáxias iniciais restantes não são muito massivas para se encaixarem nas previsões do modelo padrão.
“Então, o ponto principal é que não há crise em termos do modelo padrão da cosmologia”, disse Finkelstein. “Sempre que você tem uma teoria que resistiu ao teste do tempo por tanto tempo, você tem que ter evidências esmagadoras para realmente descartá-la. E esse simplesmente não é o caso.”
Fábricas de Estrelas Eficientes
Embora tenham resolvido o problema principal, um menos espinhoso permanece: ainda há cerca de duas vezes mais galáxias massivas nos dados do universo primitivo de Webb do que o esperado pelo modelo padrão. Uma possível razão pode ser que as estrelas se formaram mais rapidamente no universo primitivo do que hoje.
“Talvez no universo primitivo as galáxias fossem melhores em transformar gás em estrelas”, disse Chworowsky.
A formação de estrelas acontece quando o gás quente esfria o suficiente para sucumbir à gravidade e condensar em uma ou mais estrelas. Mas, à medida que o gás se contrai, ele se aquece, gerando pressão externa. Em nossa região do universo, o equilíbrio dessas forças opostas tende a tornar o processo de formação de estrelas muito lento. Mas talvez, de acordo com algumas teorias, porque o universo primitivo era mais denso do que é hoje, era mais difícil soprar gás durante a formação de estrelas, permitindo que o processo fosse mais rápido.
Mais evidências de buracos negros
Ao mesmo tempo, astrônomos têm analisado os espectros de “pequenos pontos vermelhos” descobertos com Webb, com pesquisadores tanto da equipe do CEERS quanto de outros encontrando evidências de gás hidrogênio em movimento rápido, uma assinatura de discos de acreção de buracos negros. Isso apoia a ideia de que pelo menos parte da luz vinda desses objetos vermelhos compactos vem de gás girando em torno de buracos negros em vez de estrelas — reforçando a conclusão da equipe de Chworowsky de que as estrelas provavelmente não são tão massivas quanto os astrônomos pensavam inicialmente. No entanto, mais observações desses objetos intrigantes estão chegando e devem ajudar a resolver o quebra-cabeça sobre quanta luz vem de estrelas versus gás ao redor de buracos negros.
Frequentemente na ciência, quando você responde a uma pergunta, isso leva a novas perguntas. Embora os pesquisadores tenham mostrado que o modelo padrão da cosmologia provavelmente não está quebrado, seu trabalho aponta para a necessidade de novas ideias na formação de estrelas.
“E então, ainda há aquela sensação de intriga”, disse Chworowsky. “Nem tudo é totalmente compreendido. É isso que torna esse tipo de ciência divertido, porque seria um campo terrivelmente chato se um artigo descobrisse tudo, ou não houvesse mais perguntas para responder.”
Outros autores da UT são Michael Boylan-Kolchin, Anthony Taylor e Micaela Bagley. Eles, Finkelstein (como seu diretor) e Chworowsky são membros do Cosmic Frontier Center da UT, que busca melhorar nossa compreensão do universo primitivo.
Outras instituições que participam desta pesquisa são o Colby College, a Universidade de Toronto, a Universidade Texas A&M, o Laboratório Nacional de Pesquisa em Astronomia Óptica e Infravermelha da National Science Foundation, o Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, a Universidade de Connecticut, o Centro Europeu de Astronomia Espacial, a Universidade de Massachusetts Amherst, a Universidade da Califórnia em Irvine, o Centro de Astrobiologia (Espanha), a Universidade Hebraica de Jerusalém, o Cosmic Dawn Center (Dinamarca), a Universidade de Copenhague, o Flatiron Institute, a Universidade de Louisville, a Universidad de la Laguna, a Université Paris Cité, o Instituto Federal Suíço de Tecnologia de Lausanne, o Instituto de Tecnologia de Rochester, a Universidade de Pádua (Itália), o INAF — Observatório Astronômico de Pádua (Itália), a Universidade da Califórnia em Riverside, a Universidade de Sussex, a Universidade de Malta, a Universidade de Groningen, o SRON Netherlands Institute for Space Research e o Observatório Astronômico Nacional do Japão.
Esta pesquisa foi apoiada pela NASA, pelo Instituto de Ciência do Telescópio Espacial e pela Fundação Nacional de Ciências.
O Telescópio Espacial James Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, a Agência Espacial Europeia e a Agência Espacial Canadense.
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