Astrônomos confirmaram a descoberta da segunda galáxia mais remota de nós

E as estrelas já estão bem antigas

Na fotografia grande à esquerda, as galáxias do grande aglomerado MACS J1149 + 2223 são principalmente visíveis. As lentes gravitacionais do aglomerado gigante aumentaram a luz da galáxia MACS 1149-JD recentemente descoberta cerca de 15 vezes. No canto superior direito, a parte ampliada da imagem é mostrada em mais detalhes, e mais ainda é ampliada no canto inferior direito.

Observamos o espaço tão longe quanto o melhor de nossos telescópios nos permite, mas ainda não vimos lugares onde não haveria estrelas e galáxias. Existe uma grande lacuna entre a primeira das galáxias que encontramos, a GN-z11 , que existia quando o Universo tinha apenas 400 milhões de anos, e a iluminação residual do Big Bang, preservada desde que o Universo tinha 380.000 anos. Deve haver algumas primeiras estrelas entre eles, mas não temos como olhar diretamente a essa distância. E até termos um telescópio para eles. James Webb , só podemos operar com evidências indiretas.


Estudando uma parte cada vez maior do universo, olhamos mais para o espaço e, portanto, de volta no tempo. O telescópio James Webb nos permitirá chegar diretamente às profundezas nas quais o equipamento atual não é capaz de penetrar

Mas na área de evidências indiretas, recebemos muito reforço. Os cientistas confirmaram a descoberta da segunda galáxia mais remota, a MACS1149-JD1, cuja luz chegou até nós desde que o Universo tinha 530 milhões de anos, ou 4% da sua idade atual. É digno de nota aqui que fomos capazes de detectar oxigênio nele, e esta é a primeira vez que um elemento tão pesado foi encontrado em um passado tão distante. Com base em nossas observações, podemos concluir que esta galáxia tem pelo menos 250 milhões de anos - e isso empurra a evidência da existência das primeiras estrelas ainda mais para trás.


Diagrama esquemático da história do universo, indicando reionização. Antes da formação de estrelas ou galáxias, o Universo estava cheio de átomos neutros bloqueando a luz. A maior parte do universo não sofreu reionização até 550 milhões de anos, mas várias regiões tiveram mais sorte e se reionizaram muito antes.

Com base na composição do Universo: 68% de energia escura, 27% de matéria escura, 4,9% de matéria normal, 0,1% de neutrinos e ± 0,01% de radiação, podemos simular como e quando as estrelas devem se formar nele e galáxias. Como podemos medir diretamente as propriedades iniciais aos 380.000 anos de idade, precisamos levar em conta as leis da física e iniciar a evolução no tempo. Nossas melhores simulações mostram uma maravilhosa história da aparência da teia cósmica, cujo culminar leva ao aparecimento de galáxias e seus aglomerados, separados por enormes vazios cósmicos no universo em expansão com aceleração.



Se as leis da física são o que as consideramos, podemos esperar um período - os séculos sombrios - em que a gravidade puxa a matéria para regiões de alta densidade, mas ainda não entrou em colapso, não foi compactada o suficiente para formar estrelas. As primeiras estrelas poderiam se formar de 50 a 200 milhões de anos, e então um número muito grande de estrelas apareceria em um tempo muito curto. Os menores aglomerados de estrelas se fundiram em outros maiores e, como resultado, nas protogalaxias - os blocos de construção das galáxias que vemos hoje. Como resultado, aproximadamente 550 milhões de anos após o Big Bang, estrelas suficientes se formaram para limpar o Universo de átomos neutros que bloqueiam a luz, e podemos ver tudo isso usando um telescópio óptico suficientemente poderoso.


A ideia do artista do Universo primitivo, após os primeiros trilhões de estrelas se formarem, viveram e morreram. A existência e o ciclo de vida das estrelas é o principal processo que enriquece o Universo com elementos externos ao hidrogênio e ao hélio, e a radiação emitida pelas primeiras estrelas o torna transparente à luz visível. Ainda não podemos observar diretamente a população das primeiras estrelas

Mas quando essas primeiras estrelas se iluminaram? Quais são suas propriedades, como elas diferem hoje? Com que rapidez eles queimaram quando as primeiras estrelas se formaram com planetas rochosos e ingredientes potenciais para a vida? Existe uma região preferida no espaço para esses processos?

Até agora, poderíamos recordar 400 milhões de anos após o Big Bang, usando as melhores observações da NASA, encontrando galáxias jovens e já desenvolvidas. Recentemente, fomos capazes de medir indiretamente um certo sinal de estrelas que se formaram ainda mais cedo: quando o Universo tinha entre 180 e 260 milhões de anos. Pensamos que teríamos que esperar o lançamento do telescópio James Webb para confirmar essas medições.


Uma falha significativa do gráfico é resultado direto de um estudo recente de Bowman e colegas, que mostra o sinal da linha de hidrogênio de 21 cm , registrada quando o Universo estava entre 180 e 260 milhões de anos. Isso corresponde ao aparecimento da primeira onda de estrelas e galáxias no Universo. Com base nessas evidências, o início do “amanhecer cósmico” deve ser atribuído ao desvio para o vermelho ≈ 22.

Mas um novo estudo de 16 de maio de 2018, publicado na Nature, pode conter as evidências necessárias de que as estrelas realmente existiam naqueles dias. Existem muitos candidatos, galáxias ultra-distantes - com cores de infravermelho ou mesmo infravermelho, falando sobre seu extremo afastamento. Mas antes de confirmar essas distâncias, há uma chance de que sejam apenas quasags . Nesta semana, um dos candidatos às primeiras galáxias realmente se tornou um quase ; isso acontece com bastante frequência e enfatiza que precisamos de confirmação.


O aglomerado de galáxias MACS J1149.5 + 223 de tamanho impressionante, cuja luz vem ocorrendo há 5 bilhões de anos, era o objetivo de um dos programas dos Campos da Fronteira Hubble (campos de fronteira). Esse objeto maciço passa por lentes gravitacionais à luz dos objetos localizados atrás dele, esticando-os e ampliando-os, e nos permite ver subúrbios mais distantes do espaço.

Mas a galáxia MACS1149-JD1 realmente ficou tão longe quanto pensávamos, e se tornou a segunda galáxia mais famosa à distância. E nele encontramos não apenas os ingredientes das primeiras estrelas, hidrogênio e hélio. Havia oxigênio e, embora este seja o terceiro elemento mais abundante do Universo, ele não apareceu no Big Bang, mas somente após a vida e a morte da primeira geração de estrelas.


Os remanescentes de uma supernova (esquerda) e nebulosas planetárias (direita) são duas maneiras pelas quais as estrelas processam elementos pesados ​​queimados ejetados no espaço interestelar e geram a próxima geração de estrelas e o planeta. As primeiras estrelas puras deveriam ter aparecido antes da fusão de supernovas, nebulosas planetárias ou estrelas de nêutrons poluirem o espaço interestelar com elementos pesados. A detecção de oxigênio em uma galáxia tão ultra-distante e seu brilho nos dizem que ele já tem centenas de milhões de anos.

Os sinais inconfundíveis da presença de oxigênio e o brilho observado da galáxia, bem como os sinais de hidrogênio, que ajudaram a determinar com precisão a distância até ela, foram observados graças a uma combinação de quatro observatórios remotos: ALMA , ESO VLT , Hubble e Spitzer . O brilho indica que as estrelas da galáxia estão se formando há algum tempo, pois leva tempo para desenvolver estrelas para atingir o nível observado. Isso nos permite desenhar uma imagem do amanhecer cósmico para esta galáxia, correspondendo ao que sabemos: as primeiras estrelas que formaram essa galáxia apareceram 250 milhões de anos após o Big Bang.


Toda a história do espaço é teoricamente bem conhecida, mas apenas qualitativamente. Somente confirmando e descobrindo os vários estágios do passado de nosso Universo com a ajuda de observações, por exemplo, a formação das primeiras estrelas e galáxias, podemos realmente entender nosso universo. O Big Bang estabelece um limite fundamental de quão longe podemos ver em qualquer direção.

Este é outro passo para as profundidades cósmicas até então desconhecidas. Nunca vimos uma galáxia tão distante com uma população estelar confirmada de estrelas adultas. Segundo Richard Ellis , co-autor do estudo:

Determinar a hora do início do amanhecer espacial é o Santo Graal da cosmologia e a formação de galáxias. No caso do MACS1149-JD1, fomos capazes de investigar a história além do que podemos ver com os equipamentos atuais. O otimismo foi restaurado de que estamos cada vez mais perto da observação direta da origem da luz das estrelas. Como todos nós consistimos em material reciclado, estamos falando em encontrar nossas fontes reais.


As primeiras estrelas e galáxias do Universo foram cercadas por átomos neutros, principalmente gás hidrogênio, absorvendo a luz das estrelas. Ainda não podemos observar essas primeiras estrelas diretamente, mas podemos observar o que acontece após um certo período de evolução cósmica, o que nos permite assumir quando um grande número de estrelas se formou.

Pela primeira vez, podemos supor com sucesso que as galáxias existiam centenas de milhões de anos antes do que podemos ver diretamente. Estamos mais próximos do que nunca de uma resposta para a pergunta de quando as primeiras estrelas e galáxias apareceram da escuridão do Universo primitivo. E quando o telescópio James Webb for lançado em 2020, saberemos exatamente o que esperar ao procurar respostas para uma das maiores perguntas sobre o espaço.