Impressão artística do Wolfe Disk, uma enorme galáxia de discos rotativos no universo primitivo e empoeirado. A galáxia foi descoberta inicialmente quando o ALMA examinou a luz de um quasar mais distante (canto superior esquerdo).
© NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello
Cerca de 13,8 bilhões de anos atrás, de alguma forma o Universo surgiu. Mas não veio totalmente equipado. Em algum momento, as primeiras estrelas se formaram e as primeiras galáxias. Como e quando isso aconteceu ainda é um mistério que os astrônomos estão tentando resolver ... mas uma galáxia pode ter uma chave de vital importância.
Chama-se DLA0817g - apelidado de Disco Wolfe - uma galáxia fria, rotativa e rica em gás, com massa de cerca de 72 bilhões de vezes a do Sol. E o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array arrancou-o a 12,5 bilhões de anos-luz de distância - quando o Universo tinha apenas 10% de sua idade atual.
É o primeiro disco que os astrônomos de galáxias já encontraram, e sua própria existência muda nossa compreensão da formação de galáxias no início do Universo.
A maioria das galáxias no início do Universo é uma bagunça quente, literalmente, com estrelas voando para todos os lados e temperaturas bastante altas. Os astrônomos interpretaram isso como significando que cresceram colidindo e se fundindo com outras galáxias - um processo quente e confuso.
"A maioria das galáxias que encontramos no início do Universo se parece com destroços de trens porque foram fundidas de maneira consistente e muitas vezes" violenta "", explicou o astrônomo Marcel Neeleman, do Instituto Max Planck de Astronomia, na Alemanha.
"Essas fusões quentes dificultam a formação de discos rotativos frios e bem ordenados, como observamos em nosso universo atual".
Nesse cenário, leva muito tempo para as galáxias esfriarem e se suavizarem em galáxias de disco rotativo mais ordenadas, como a Via Láctea. Geralmente, não começamos a vê-los até cerca de 4 a 6 bilhões de anos após o Big Bang .
Este é o modo "quente" de formação de galáxias. Mas os astrônomos também previram e simularam outra maneira - o modo "frio".
Primeiro, você precisa começar com a sopa primordial, um plasma de quarks e glúons ionizado que encheu o Universo antes da formação da matéria. Para passar deste plasma homogêneo para um universo cheio de coisas, os astrofísicos fizeram simulações que sugerem que a matéria escura é responsável.
Não sabemos o que é matéria escura. Não podemos detectá-lo diretamente, mas ele interage gravitacionalmente com a matéria normal . Ajuda a manter as galáxias unidas, e acreditamos que isso pode ser crucial para a formação das galáxias, aglomerando-as reunindo gás e estrelas em galáxias .
Simulações em supercomputadores mostraram que uma rede massiva de matéria escura no início do Universo poderia ter facilitado a formação de galáxias frias. Se o gás fosse frio, ele poderia ter sido alimentado ao longo dos filamentos da rede para os aglomerados de matéria escura, acumulando-se em galáxias grandes, frias e em ordem.
Mas a única maneira de confirmar esse modelo é através de evidências observacionais, então os pesquisadores foram procurar, usando a luz de galáxias ainda mais distantes, chamadas quasares, para iluminar o caminho.
Galáxias distantes são muito difíceis de ver, mas os quasares estão entre os objetos mais luminosos do Universo - galáxias iluminadas por um buraco negro supermassivo ativo , o espaço ao seu redor emitindo radiação à medida que se alimenta. A equipe transformou as poderosas capacidades do ALMA nesses quasares distantes, procurando por assinaturas que mostrassem que ele havia passado por uma galáxia cheia de gás no caminho.
Eles encontraram. A luz de um dos quasares que eles imaginavam passara por uma região rica em hidrogênio - a assinatura do Wolfe Disk.
O Disco Wolfe, como visto com o ALMA (direito - em vermelho), VLA (esquerdo - em verde) e o Telescópio Espacial Hubble (ambas as imagens - azul). Na luz do rádio, o ALMA analisou os movimentos e a massa da galáxia de gás atômico e poeira, e o VLA mediu a quantidade de massa molecular. À luz UV, o Hubble observou estrelas massivas. A imagem VLA é feita em uma resolução espacial mais baixa que a imagem ALMA e, portanto, parece maior e mais pixelizada.
© ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), M. Neeleman; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello; NASA / ESA Hubble
E havia algo mais. A luz de um lado do disco foi compactada ou com desvio de azul. Vemos isso quando algo está se movendo em nossa direção. E a luz do outro lado estava esticada, ou com desvio vermelho - afastando-se de nós. O objeto estava girando.
Essas mudanças no Doppler, como são conhecidas, permitiram aos pesquisadores calcular a velocidade de rotação da galáxia: cerca de 272 quilômetros por segundo.
O que é ainda mais selvagem é que a equipe acredita que o Wolfe Disk não é único.
"O fato de termos encontrado o Wolfe Disk usando esse método nos diz que ele pertence à população normal de galáxias presentes nos primeiros tempos", disse Neeleman .
"Quando nossas mais recentes observações com o ALMA mostraram surpreendentemente que ele está girando, percebemos que as galáxias em disco rotativo inicial não são tão raras quanto pensávamos e que deveria haver muito mais por aí".
A equipe continuará sua busca por essas galáxias para descobrir o quão comum a acumulação de frio era no início do Universo.
A pesquisa foi publicada na Nature .
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