Finalmente sabemos o que trouxe luz ao vazio escuro e informe do universo primitivo.

De acordo com dados dos Telescópios Espaciais Hubble e James Webb, as origens dos fótons que voavam livremente no início do universo eram pequenas galáxias anãs nas quais a vida se acendeu, limpando a névoa turva de hidrogênio que enchia o espaço intergaláctico. Novo papel A pesquisa foi publicada em fevereiro.

“Esta descoberta revela o papel crucial que as galáxias ultraleves desempenharam na evolução do Universo primitivo.” A astrofísica Irina Chemerinska disse Do Instituto de Astrofísica de Paris.

“Eles produzem fótons ionizantes que convertem hidrogênio neutro em plasma ionizado durante a reionização cósmica. Isto destaca a importância da compreensão das galáxias de baixa massa na formação da história do universo.”

No início do universo, minutos após o Big Bang, o espaço estava preenchido com uma névoa espessa e quente de plasma ionizado. A pouca luz que havia poderia penetrar nesta névoa; Em vez disso, os fótons seriam simplesmente espalhados pelos elétrons livres flutuando, tornando efetivamente o universo escuro.

À medida que o universo esfriou, após cerca de 300 mil anos, prótons e elétrons começaram a se unir para formar gás hidrogênio neutro (e um pouco de hélio). A maioria dos comprimentos de onda da luz foi capaz de penetrar neste meio neutro, mas havia poucas fontes de luz para produzi-lo. Mas deste hidrogênio e hélio nasceram as primeiras estrelas.

Estas primeiras estrelas emitiram radiação suficientemente poderosa para retirar electrões dos seus núcleos e reionizar o gás. Mas a essa altura, o universo havia se expandido tanto que o gás estava espalhado e não conseguia mais impedir que a luz brilhasse. Cerca de um bilhão de anos após o Big Bang, o fim do período conhecido como alvorecer cósmico, o universo foi completamente reionizado. Tada! As luzes acenderam.

Mas porque há tanto borrão na alvorada cósmica, e porque ela é tão tênue e distante no tempo e no espaço, tivemos dificuldade em ver o que está lá fora. Os cientistas pensavam que as fontes responsáveis ​​pela maior parte desta neblina deviam ser poderosas – buracos negros massivos cuja acreção produz luz resplandecente, por exemplo, e galáxias massivas no meio da formação estelar (estrelas bebés produzem muita radiação ultravioleta).

O Telescópio James Webb foi projetado em parte para observar o início do universo e tentar descobrir o que está escondido lá. Foi um enorme sucesso, revelando todo tipo de surpresas sobre este momento crucial na formação do nosso universo. Surpreendentemente, as observações do telescópio indicam agora que as galáxias anãs são os principais intervenientes na reionização.

Uma equipe internacional liderada pelo astrofísico Hakim Atiq, do Instituto de Astrofísica de Paris, recorreu aos dados do Telescópio James Webb sobre um grupo de galáxias chamado Abell 2744, apoiados por dados do Hubble. Abell 2744 é tão denso que o espaço-tempo se curva em torno dele, formando uma lente cósmica. Qualquer luz distante que viaje até nós através deste espaço-tempo torna-se ampliada. Isto permitiu aos pesquisadores ver pequenas galáxias anãs perto do amanhecer cósmico.

Eles então usaram o Telescópio James Webb para obter espectros detalhados dessas pequenas galáxias. A sua análise revelou que estas galáxias anãs não são apenas o tipo de galáxia mais abundante no Universo primitivo, mas também são muito mais brilhantes do que o esperado. Na verdade, a investigação da equipa mostra que as galáxias anãs superam as galáxias grandes numa proporção de 100 para um, e que a sua produção total é quatro vezes a radiação ionizante normalmente assumida para galáxias maiores.

“Combinadas, essas forças cósmicas emitem energia mais que suficiente para cumprir a missão.” Atik disse“Apesar do seu pequeno tamanho, estas galáxias de baixa massa produzem enormes quantidades de radiação energética, e a sua abundância durante este período é tão grande que o seu impacto colectivo poderia transformar todo o estado do Universo.”

É a melhor evidência do poder por trás da reionização, mas há mais trabalho a ser feito. Os pesquisadores observaram um pequeno trecho do céu; Eles precisam ter certeza de que a amostra escolhida não é apenas uma coleção anômala de galáxias anãs, mas sim uma que representa toda a população no início do universo.

Os cientistas pretendem estudar mais regiões de lentes cósmicas no céu para obter uma amostra mais ampla dos primeiros aglomerados de galáxias. Mas os resultados são muito interessantes apenas para esta amostra. Os cientistas têm procurado respostas para a reionização desde que soubemos dela. E estamos prestes a finalmente dissipar o nevoeiro.

“Agora entramos em território desconhecido com o JWST.” disse o astrofísico Thimya Nanayakkara Da Swinburne University of Technology, na Austrália.

“Este trabalho abre questões mais interessantes que precisamos de responder nos nossos esforços para traçar a história evolutiva dos nossos primórdios.”

A pesquisa foi publicada em natureza.

A versão original deste artigo foi publicada em março de 2024.