No nosso Universo de 13,8 mil milhões de anos, a maioria das galáxias como a Via Láctea forma-se gradualmente, atingindo a sua grande massa relativamente tarde. Mas uma nova descoberta feita com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), de uma galáxia massiva e de disco giratório, vista quando o Universo tinha apenas 10% da sua idade atual, desafia os modelos tradicionais de formação galáctica. Esta investigação foi publicada dia 20 de maio na revista Nature.
A galáxia DLA0817g, apelidada de "Wolfe Disk" em homenagem ao falecido astrónomo Arthur M. Wolfe, é a galáxia de disco giratório mais distante já observada. O poder incomparável do ALMA tornou possível ver esta galáxia a girar a 272 km/s, semelhante à nossa Via Láctea.
"Embora estudos anteriores tenham sugerido a existência destas galáxias precoces de disco, ricas em gás e giratórias, graças ao ALMA agora temos evidências inequívocas de que existiam apenas 1,5 mil milhões de anos após o Big Bang," disse o autor principal Marcel Neeleman do Instituto Max Planck para Astronomia em Heidelberg, Alemanha.
Como é que "Wolfe Disk" se formou?
"A maioria das galáxias que encontramos no início do Universo parecem destroços de acidentes porque foram submetidas a uma fusão consistente e muitas 'violenta'," explicou Neeleman. "Estas fusões escaldantes dificultam a formação de discos giratórios frios e bem ordenados, como observamos no nosso Universo atual."
Na maioria dos cenários de formação galáctica, as galáxias só começam a mostrar um disco bem formado cerca de 6 mil milhões de após o Big Bang. O facto dos astrónomos encontrarem uma galáxia deste tipo, quando o Universo tinha apenas 10% da sua idade atual, indica que outros processos de crescimento devem ter dominado.
"Pensamos que Wolfe Disk tenha crescido principalmente através de acreção constante de gás frio," disse J. Xavier Prochaska, da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, coautor do artigo. "Ainda assim, uma das questões que resta é como montar uma massa tão grande de gás, mantendo um disco giratório relativamente estável."
A equipa também usou o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) da NSF (National Science Foundation) e o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA para aprender mais sobre a formação estelar em Wolfe Disk. Nos comprimentos de onda do rádio, o ALMA analisou os movimentos e a massa de gás atómico e poeira enquanto o VLA media a quantidade de massa molecular - o combustível da formação estelar. No ultravioleta, o Hubble observou estrelas massivas. "O ritmo de formação estelar em Wolfe Disk é pelo menos dez vezes maior do que na nossa própria Galáxia," explicou Prochaska. "Deve ser uma das galáxias de disco mais produtivas do Universo jovem."
Uma galáxia "normal"
Wolfe Disk foi descoberta pelo ALMA em 2017. Neeleman e a sua equipa encontraram a galáxia quando examinaram a luz de um quasar mais distante. A luz do quasar foi absorvida ao passar por um enorme reservatório de hidrogénio gasoso em redor da galáxia - e foi assim que se revelou. Em vez de procurar luz direta de galáxias extremamente brilhantes, mas mais raras, os astrónomos usaram este método de "absorção" para encontrar galáxias mais fracas e mais "normais" no início do Universo.
"O facto de termos encontrado Wolfe Disk usando este método, diz-nos que pertence à população normal de galáxias presentes nos primeiros tempos," disse Neeleman. "Quando as nossas mais recentes observações com o ALMA mostraram surpreendentemente que está a girar, percebemos que as galáxias de disco giratório precoces não são tão raras quanto pensávamos e que devem existir muitas mais por aí."
"Esta observação resume como a nossa compreensão do Universo é aprimorada com a sensibilidade avançada que o ALMA traz à radioastronomia," disse Joe Pesce, diretor do programa de astronomia da NSF, que financia o telescópio. "O ALMA permite-nos fazer descobertas novas e inesperadas em quase todas as observações."
Imagem rádio, pelo ALMA, de Wolfe Disk, vista quando o Universo tinha apenas 10% da sua idade atual.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Neeleman; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Wolfe Disk vista pelo ALMA (direita - a vermelho), pelo VLA (esquerda - a verde) e pelo Telescópio Espacial Hubble (ambas as imagens - a azul). No rádio, o ALMA observou os movimentos da galáxia e a massa do gás atómico e da poeira e o VLA mediu a quantidade de gás molecular. No ultravioleta, o Hubble observou estrelas massivas. A imagem do VLA tem uma resolução espacial mais baixa do que a imagem do ALMA, e portanto parece mais pixelizada.