O universo nem sempre foi como o vemos hoje. No início, era um ambiente escuro e extremamente quente, tomado por partículas soltas a alta velocidade em todas as direções. Com o tempo, porém, tudo começou a arrefecer.
À medida que a temperatura caiu, eletrões e protões voltaram a combinar-se. A luz deixou de circular com facilidade, e o espaço entrou numa fase de carga global neutra. Essa tranquilidade, no entanto, durou pouco.
Em algum momento, energia suficiente varreu o cosmo e voltou a separar grande parte dessas partículas. Os astrónomos chamam esse episódio de reionização - e, durante anos, discutiram qual teria sido a fonte capaz de provocar tamanha transformação.
Uma investigação recente aponta com força para uma explicação: aglomerados estelares gigantes, recém-nascidos, que conseguiram atravessar nuvens espessas de gás muito antes do que se imaginava.
Para chegar a essa conclusão, a equipa combinou observações do Telescópio Espacial James Webb com dados do Telescópio Espacial Hubble e analisou milhares de aglomerados estelares jovens em galáxias próximas.
O estudo ofereceu uma das visões mais nítidas até agora de uma fase curta, mas crucial: o período logo após o nascimento das estrelas, quando ainda permanecem enterradas em nuvens densas de gás e poeira. Essa etapa “oculta” pode ter tido um papel decisivo na remodelação do universo primordial.
Começos violentos para estrelas jovens
As estrelas nascem quando enormes nuvens de gás colapsam sob a ação da gravidade. Quando mais estrelas se acendem dentro dessas nuvens, o cenário torna-se turbulento rapidamente.
Estrelas muito massivas libertam ventos estelares intensos, radiação ultravioleta e, mais tarde, explosões de supernova. Esse conjunto de forças empurra o gás ao redor e impede que novas estrelas se formem nas proximidades.
Os astrónomos referem-se a esse mecanismo como retroalimentação estelar.
Durante décadas, os cientistas tiveram dificuldade em determinar com precisão em quanto tempo os aglomerados estelares jovens conseguem varrer as nuvens onde se formaram. Saber esse ritmo ajuda a compreender tanto a evolução das galáxias quanto o modo como o universo antigo chegou à reionização.
Uma pista para a reionização cósmica
O novo trabalho foi conduzido por uma equipa internacional liderada por investigadores da Universidade de Estocolmo e do Centro Oskar Klein. Entre os coautores está a professora distinguida Daniela Calzetti, da Universidade de Massachusetts Amherst.
“À medida que o universo começou a arrefecer depois da Grande Explosão, todos os eletrões e protões que tinham sido espalhados por todo o lado começaram a encontrar-se e a ligar-se, até o universo assumir uma carga neutra”, afirmou.
Mais tarde, um enorme impulso de energia voltou a separar protões e eletrões entre as galáxias, num fenómeno conhecido como reionização.
Há muito tempo, os astrónomos procuram identificar o que gerou a energia por trás dessa mudança.
Webb e Hubble finalmente atravessam as nuvens
Regiões de formação estelar na Via Láctea são estudadas há anos, mas a posição da Terra dentro da própria galáxia bloqueia grande parte do campo de visão. Ao observar outras galáxias, os cientistas conseguem examinar milhares de aglomerados estelares em diferentes fases da vida.
Isso tornou-se viável graças aos instrumentos no infravermelho do Webb, capazes de enxergar através de “cortinas” espessas de gás e poeira. O Hubble completou o quadro ao registar luz ultravioleta e visível.
Em conjunto, os telescópios permitiram analisar quase 9.000 aglomerados estelares em quatro galáxias próximas: Messier 51, Messier 83, NGC 628 e NGC 4449.
Entre eles, havia aglomerados ainda profundamente ocultos pelo gás, outros que já tinham limpado parte do entorno e também aqueles totalmente expostos.
A equipa identificou um padrão claro: aglomerados estelares mais massivos escapam das suas nuvens de nascimento muito mais depressa do que os menores.
Os maiores conseguem libertar-se em cerca de 5 milhões de anos. Já os aglomerados pequenos permanecem envoltos em gás por aproximadamente 7 a 8 milhões de anos antes de emergirem.
À primeira vista, a diferença parece pequena - mas, em astronomia, ela muda praticamente tudo.
Por que aglomerados estelares gigantes importam
A formação de aglomerados estelares massivos provavelmente contribuiu para impulsionar a reionização do universo.
Os investigadores 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 fotões necessários à reionização do universo.
Estrelas massivas emitem naturalmente quantidades enormes de radiação ultravioleta. Se o gás ao redor for removido rapidamente, essa energia consegue escapar para o espaço muito mais cedo.
Isso pode ajudar a explicar como o universo passou de um lugar ténue e neutro para o cosmo brilhante e estruturado que se observa hoje.
Os resultados também podem aperfeiçoar modelos computacionais de evolução galáctica.
“As simulações de formação estelar e retroalimentação estelar têm tido dificuldade em reproduzir como os aglomerados estelares se formam e emergem das suas nuvens natais”, disse Angela Adamo, autora principal do estudo e investigadora principal do FEAST. “Estes resultados dão-nos novas restrições importantes sobre esse processo.”
Formação de planetas sob pressão
As implicações não se limitam às teorias sobre galáxias. Os dados também podem alterar a forma como os cientistas encaram a formação de planetas.
Estrelas jovens costumam ser rodeadas por discos em rotação de gás e poeira, conhecidos como discos protoplanetários. É desses discos que os planetas se constroem.
Porém, se estrelas massivas nas proximidades removerem o gás depressa e inundarem a região com radiação ultravioleta, a formação planetária pode ser interrompida cedo. Com isso, alguns sistemas estelares podem perder a matéria-prima necessária para originar planetas grandes.
Webb observa os berçários estelares
“Este trabalho junta investigadores que simulam a formação estelar e os que trabalham com observações, além de grupos que estudam a formação de planetas”, afirmou Alex Pedrini.
“Com o Webb, conseguimos olhar para dentro dos berços dos aglomerados estelares e ligar a formação de planetas ao ciclo de formação estelar e à retroalimentação estelar.”
O Telescópio Espacial James Webb foi concebido para observar profundamente a história do universo, e estudos como este deixam claro por que a comunidade científica estava tão empenhada em colocá-lo em operação.
O Webb não está apenas a identificar galáxias distantes. Ele também revela processos escondidos que moldaram o universo muito antes de a Terra existir.
O estudo completo foi publicado na revista Nature Astronomia.
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