Quando o Universo ainda estava na sua infância, apenas cerca de 3% da sua idade atual, algumas das primeiras estrelas e galáxias já se tinham formado.
© Y. Zhu (ilustração de uma galáxia primitiva)
Há muito que os astrônomos previam que grande parte do gás que rodeava estas jovens galáxias devia ter permanecido bastante puro, composto principalmente por hidrogênio e hélio, os ingredientes primordiais disponíveis no cosmos recém-nascido.
De acordo com um estudo de astrônomos da Universidade do Arizona, este quadro provavelmente não está correto. Em vez disso, as galáxias já estavam espalhando elementos pesados, como o oxigênio e o carbono, pelo cosmos muito mais cedo do que era esperado.
No início do Universo, o cosmos quase não continha nada além de hidrogênio e hélio, os dois elementos mais simples que ocupam o topo da tabela periódica. Com o tempo, a gravidade atraiu nuvens destes elementos simples, formando estrelas, onde as imensas pressões e temperaturas no seu interior permitiram que a fusão nuclear e outras reações criassem elementos mais complexos e pesados, como o carbono e o oxigênio.
Quando as estrelas se esgotavam ou terminavam a sua vida como supernovas, lançavam esses elementos pesados para o espaço, onde se tornavam os blocos de construção para futuras gerações de estrelas, planetas e, em última análise, vida. Até mesmo o carbono nos nossos corpos e o oxigênio que respiramos foram forjados em gerações anteriores de estrelas. No entanto, até agora, não era claro como e quando os elementos mais pesados eram transportados das primeiras galáxias para o Universo circundante.
A pesquisa centrou-se em três galáxias primitivas cuja luz viajou durante mais de 13 bilhões de anos, mostrando-as tal como eram cerca de 500 milhões de anos após o Big Bang, durante um período cósmico conhecido como Época da Reionização. Naquele momento, as primeiras gerações de estrelas e galáxias estavam transformando o Universo primitivo ao ionizar o gás hidrogênio entre elas. Este processo, durante o qual os elétrons foram separados dos seus núcleos de hidrogênio, pôs gradualmente fim à "idade das trevas" cósmica, permitindo que a luz ultravioleta viajasse mais livremente pelo Universo. À medida que a luz das galáxias viajava em direção à Terra, atravessava o gás circundante, e sendo possível analisar os padrões de absorção da luz para detectar elementos específicos.
As observações destas galáxias antigas só foram possíveis graças às capacidades infravermelhas do telescópio espacial James Webb, que permitiu aos pesquisadores observar as galáxias tal como se apresentavam há cerca de 13 bilhões de anos. As quase 30 horas de exposição proporcionaram luz suficiente para detectar tênues padrões de absorção nos espectros destas galáxias distantes. Ao longo de uma noite, analisando os espectros do Webb disponíveis ao público, provenientes de centenas de galáxias, foi identificado três com padrões de absorção que indicavam a presença de elementos pesados, incluindo carbono, oxigênio e silício. As linhas de absorção apresentavam um "desvio para o azul" em relação ao desvio para o vermelho das galáxias, indicando que o gás se deslocava para fora das galáxias, transportando oxigênio, carbono e outros elementos pesados para o espaço intergaláctico.
As "impressões digitais" químicas destas galáxias jovens assemelhavam-se muito às das galáxias evoluídas bilhões de anos mais tarde, fornecendo evidências de que, mesmo no amanhecer cósmico, as galáxias já estavam produzindo e espalhando elementos pesados pelo espaço em sua volta.
O processo através do qual as galáxias trocam matéria é conhecido como ciclo dos bárions. É uma das razões pelas quais as galáxias não são sistemas isolados, mas sim partes interligadas de um ecossistema galáctico mais vasto. A matéria produzida por uma geração de estrelas pode ser reciclada e redistribuída através deste ecossistema galáctico. A descoberta do ciclo de bárions primitivo pode também ajudar a explicar por que razão os astrônomos têm tido dificuldade em encontrar a primeira geração de estrelas, conhecidas como estrelas da População III.
Pensa-se que estas estrelas tenham sido as primeiras a formar-se a partir de gás primitivo contendo apenas hidrogêénio e hélio, antes de os elementos mais pesados terem sido produzidos e dispersos pelo Universo. Se as galáxias já estavam enriquecendo os seus arredores apenas 500 milhões de anos após o Big Bang, o gás verdadeiramente pristino, e as estrelas da População III que se formaram a partir dele, podem simplesmente não ter existido durante tempo suficiente para serem observadas.
Um artigo foi publicado na revista Nature Astronomy.
Fonte: University of Arizona