O Universo já foi um lugar escuro e extremamente quente, tomado por partículas soltas que se moviam em todas as direções. Com o tempo, porém, tudo começou a arrefecer.
À medida que a temperatura caiu, elétrons e prótons voltaram a se combinar; a luz passou a ter dificuldade para atravessar o espaço, e o cosmo entrou num estado globalmente neutro. Só que essa tranquilidade durou pouco.
Em algum momento, uma fonte poderosa espalhou energia suficiente pelo cosmos para separar novamente muitas dessas partículas. Esse episódio recebeu o nome de reionização, e há anos astrônomos discutem o que teria fornecido a energia responsável por essa virada.
Um estudo recente reforça com força uma explicação: aglomerados estelares gigantes recém-formados, capazes de romper nuvens espessas de gás muito antes do que se imaginava.
Para chegar a esse resultado, os cientistas combinaram observações do Telescópio Espacial James Webb com dados do Telescópio Espacial Hubble e analisaram milhares de aglomerados estelares jovens em galáxias próximas.
Esse esforço ofereceu uma das visões mais nítidas até agora de uma fase curta e difícil de observar: o período logo após o nascimento das estrelas, quando elas ainda permanecem escondidas em nuvens densas de gás e poeira. Essa etapa “invisível” pode ter tido um papel importante na transformação do Universo primordial.
Começos violentos para estrelas jovens
Estrelas surgem quando enormes nuvens de gás colapsam sob a ação da gravidade. Quando várias estrelas começam a acender dentro dessas nuvens, o ambiente pode tornar-se turbulento rapidamente.
Estrelas muito massivas lançam ventos estelares intensos, emitem radiação ultravioleta e, mais tarde, explodem como supernovas. Esse conjunto de forças empurra o gás ao redor e pode impedir que novas estrelas se formem nas proximidades.
Os astrônomos chamam esse mecanismo de retroalimentação estelar.
Durante décadas, os pesquisadores tiveram dificuldade em medir com precisão a velocidade com que aglomerados estelares jovens conseguem varrer as nuvens onde nasceram. Essa resposta é relevante tanto para entender a evolução das galáxias quanto para explicar como o Universo antigo passou pelo processo de reionização.
Uma pista para a reionização cósmica
O trabalho foi conduzido por uma equipa internacional liderada por cientistas da Universidade de Estocolmo e do Centro Oskar Klein. A Professora Distinta Daniela Calzetti, da Universidade de Massachusetts Amherst, participou como uma das coautoras.
“À medida que o universo começou a arrefecer após o Big Bang, todos os elétrons e prótons que tinham sido espalhados por toda parte começaram a encontrar-se e a ligar-se até que o universo assumiu uma carga neutra”, disse ela.
Mais tarde, uma grande descarga de energia voltou a separar prótons e elétrons entre as galáxias, no evento hoje conhecido como reionização.
Há muito tempo, a astronomia tenta identificar o que gerou a energia por trás dessa transformação.
Webb e Hubble finalmente atravessam a nuvem
Regiões de formação estelar próximas, dentro da Via Láctea, são observadas há décadas, mas a nossa posição no interior da galáxia bloqueia boa parte do panorama. Ao olhar para outras galáxias, os cientistas conseguem acompanhar milhares de aglomerados estelares em diferentes fases de vida.
Isso tornou-se viável graças aos instrumentos infravermelhos do Webb, que conseguem “ver” através de cortinas espessas de gás e poeira. O Hubble completou o quadro ao registar luz ultravioleta e visível.
Em conjunto, os dois telescópios permitiram que os investigadores analisassem quase 9,000 aglomerados estelares em quatro galáxias próximas: Messier 51, Messier 83, NGC 628 e NGC 4449.
Entre os objetos estudados, alguns aglomerados ainda estavam profundamente soterrados em gás; outros já tinham limpado parte do material ao redor; e havia também os que se encontravam totalmente expostos.
A equipa identificou um padrão claro: aglomerados estelares mais massivos livram-se das nuvens de nascimento muito mais depressa do que os menores.
Os maiores aglomerados conseguiam “escapar” em cerca de 5 milhões de anos. Já os menores permaneciam envoltos em gás por volta de 7 a 8 milhões de anos antes de emergirem.
A diferença pode parecer pequena, mas, em astronomia, essa janela de tempo altera o cenário por completo.
Por que aglomerados estelares gigantes importam
A formação de aglomerados estelares muito massivos provavelmente contribuiu para impulsionar a reionização do Universo.
Os autores observaram que os aglomerados mais massivos podem sair das suas nuvens natais em apenas 5 milhões de anos, o que lhes dá tempo suficiente para produzir os fótons necessários à reionização.
Estrelas massivas, por natureza, emitem quantidades enormes de radiação ultravioleta. Se o gás ao redor for removido depressa, essa energia consegue escapar para o espaço muito mais cedo.
Esse mecanismo ajuda a explicar como o Universo deixou de ser um ambiente fraco e neutro e se tornou o cosmo luminoso e estruturado que se observa hoje.
Os resultados também podem aprimorar modelos computacionais usados para descrever a evolução das galáxias.
“Simulações de formação estelar e de retroalimentação estelar têm tido dificuldade para reproduzir como os aglomerados estelares se formam e emergem das suas nuvens natais”, disse Angela Adamo, uma das autoras principais do estudo e investigadora principal do FEAST. “Esses resultados nos dão novas restrições importantes sobre esse processo.”
Formação de planetas sob pressão
As implicações não se limitam às teorias sobre galáxias: elas também podem influenciar a forma como a ciência pensa a formação de planetas.
Estrelas jovens muitas vezes são rodeadas por discos giratórios de gás e poeira, chamados discos protoplanetários. Com o tempo, esses discos dão origem a planetas.
No entanto, se estrelas massivas vizinhas expulsarem o gás depressa demais e inundarem a região com radiação ultravioleta, a formação de planetas pode ser interrompida precocemente. Com isso, alguns sistemas podem perder matéria-prima essencial para construir planetas grandes.
O Webb espreita berçários estelares
“Este trabalho reúne pesquisadores que simulam a formação estelar e aqueles que trabalham com observações, além de grupos que investigam a formação de planetas”, disse Alex Pedrini.
“Usando o Webb, podemos olhar para os berços dos aglomerados estelares e ligar a formação de planetas ao ciclo de formação estelar e de retroalimentação estelar.”
O Telescópio Espacial James Webb foi concebido para investigar profundamente a história cósmica, e estudos como este mostram por que havia tanta expectativa em torno do seu lançamento.
O Webb não está apenas a identificar galáxias distantes: ele está a revelar processos escondidos que moldaram o Universo muito antes de a Terra existir.
O estudo completo foi publicado na revista Nature Astronomy.
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