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Estas galáxias podem ser muito mais massivas do que deveriam

Por| Editado por Patricia Gnipper | 17 de Maio de 2023 às 19h10

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ESA/CSA/STScI
ESA/CSA/STScI

A primeira imagem de campo profundo do telescópio James Webb, anunciada há quase um ano, revelou galáxias muito antigas e distantes. Contudo, a imagem também causou um certo problema: algumas dessas galáxias são muito jovens e massivas, e desafiam os modelos atuais da evolução do universo.

Foi em julho de 2022 que os cientistas divulgaram a primeira imagem colorida do James Webb, uma foto incrível do aglomerado de galáxias SMACS 0723 (SMACS J0723.3-7327). Ele fica na constelação de Volans, o Peixe Voador, localizado a 4,6 bilhões de anos-luz de distância.

Graças ao efeito de lente gravitacional, esse aglomerado ampliou a luz de várias galáxias ainda mais distantes, dando muito o que fazer para os cientistas. Na época, vimos vários artigos sobre possíveis novos recordes de galáxia mais distante já observada.

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O problema é que algumas dessas galáxias pareciam distantes até demais, o que levantou a suspeita da comunidade científica. Eles não consideraram que os dados estivessem errados, mas se perguntavam se haveria algo incompleto na interpretação humana desses dados.

Além disso, algumas dessas galáxias eram massivas demais para a época em que estavam. De acordo com o modelo atualmente aceito da evolução do cosmos, essas galáxias não teriam tido tempo para formar tantas estrelas e se tornarem tão massivas.

Por isso, podemos dizer que o excesso de massa flagrada nesses objetos é uma discrepância entre a teoria e a observação. Isso não é exatamente um problema — astrônomos amam um bom desafio —, mas resolver o mistério pode levar algum tempo.

No estudo de galáxias distantes, a luminosidade é fundamental para determinar a massa estelar, ou seja, aquela de todas as estrelas de lá somadas. Para isso, os astrônomos podem simplesmente medir a quantidade de luz emitida pela galáxia e calcular quantas estrelas são necessárias para emitir esse brilho.

Com esse método, os cientistas estão olhando para a galáxia como um todo, mais ou menos como se ela fosse uma “bolha” feita de estrelas. Porém, essa não é a única forma de observar uma galáxia.

Em uma nova pesquisa, os autores decidiram estudar uma amostra de cinco galáxias observadas com James Webb. Para isso, eles usaram uma abordagem diferente: ao invés de medir a luz primeiro e calcular quantas estrelas foram necessárias para emiti-las, a equipe considerou a galáxia como uma entidade formada por múltiplos aglomerados.

Pode parecer óbvio analisar uma galáxia desse modo e, de fato, os resultados deveriam ser semelhantes àqueles obtidos pela outra abordagem. Mas não foi o que aconteceu: quando os físicos mediram a massa em cada pixel de imagem para só então inferir a massa individual de cada estrela, o valor das massas foi dez vezes maiores que as medições anteriores.

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Conforme explica Giménez Arteaga, principal autora do novo artigo, “as populações estelares são uma mistura de estrelas pequenas e fracas, por um lado, e estrelas massivas e brilhantes, por outro lado. Se olharmos apenas para a luz combinada, as estrelas brilhantes tendem a ofuscar completamente as estrelas fracas, deixando-as despercebidos. Nossa análise mostra que aglomerados brilhantes de formação de estrelas podem dominar a luz total, mas a maior parte da massa é encontrada em estrelas menores".

O mistério das galáxias excessivamente massivas não é uma exclusividade das imagens do James Webb e já foi encontrado em observações de épocas mais recentes, isto é, em galáxias mais próximas (quanto mais distante vemos um objeto no espaço, mais olhamos para o passado).

Arteaga disse que “se pudermos determinar quão comum e severo é o efeito [de discrepância] em épocas anteriores e quantificá-lo, estaremos mais perto de inferir massas estelares robustas de galáxias distantes, que é um dos principais desafios atuais do estudo de galáxias no início do universo".

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Uma vez que o modelo teórico de evolução cósmica mais aceito atualmente se baseia na Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein, pode ser que a discrepância de massa encontrada pelo James Webb seja um indício de que essa teoria está incompleta.

Na verdade, os físicos já pensam que há peças faltando na Relatividade Geral, mas tem sido um desafio muito grande descobrir onde está a falha. Se ela for encontrada, o modelo cosmológico vai poder ser ajustado e, talvez, outros problemas da física possam ser resolvidos, como a matéria escura e a energia escura.

O estudo foi publicado no The Astrophysical Journal.

Fonte: The Astrophysical Journal, Niels Bohr Institute