Quando o universo era jovem, vê-lo era muito mais difícil. Nuvens de gás hidrogênio resfriado que absorveram toda a luz preencheram o espaço entre estrelas e galáxias por cerca de um bilhão de anos após o Big Bang. Como consequência disso, se existisse vida inteligente na época, eles não teriam visto nada além de escuridão no espaço; eles não seriam capazes de ver nenhuma outra estrela ou galáxia.
Todo o gás hidrogênio mudou de opaco para transparente à medida que aqueceu e se ionizou durante um período que os astrônomos chamam de Era da Reionização. Nós nem seríamos capazes de ver o universo se esse processo não tivesse ocorrido, então os astrônomos estavam cientes disso. Mas eles não tinham nenhuma prova sólida de como isso aconteceu até agora.
O grupo de pesquisadores Galáxias com linha de emissão e gás intergaláctico na época da reionização (EIGER), liderado por Simon Lilly da ETH Zürich na Suíça, usou o Telescópio Espacial James Webb para resolver esse mistério.
A equipe apontou o telescópio diretamente para um antigo objeto brilhante conhecido como quasar J0100+2802, focando Webb em uma pequena área do espaço entre as constelações de Peixes e Andrômeda. Um dos objetos mais brilhantes do universo, um quasar é um buraco negro supermassivo ativo no centro de uma galáxia que está consumindo matéria e emitindo enormes quantidades de energia.
No entanto, a equipe EIGER não se preocupou apenas com o quasar. Eles também usaram o Webb para observar como a luz do quasar se comportava enquanto viajava pelos gases de J0100+2802 para os instrumentos do telescópio.
A NASA declarou: “A luz do quasar foi absorvida por gás opaco ou movida livremente através de gás transparente enquanto viajava em nossa direção através de diferentes manchas de gás”.
A equipe do EIGER comparou o comportamento da luz com as localizações das primeiras galáxias visíveis ao longo da linha de visão de J0100+2802, combinando os dados do Webb com observações semelhantes feitas pelo Observatório W. M. Keck no Havaí, o Telescópio Muito Grandee do ESO e o Telescópio Magellan no Observatório Las Campanas.
Em um comunicado à imprensa, Jorryt Matthee, da ETH Zürich, principal autor de um dos três artigos da equipe com base nessas observações, afirmou: “[Essas galáxias] são mais caóticas do que as do universo próximo”. Webb demonstra que eles devem ter produzido supernovas ativamente e formado estrelas. A juventude deles foi bastante aventureira!
Cada uma das galáxias foi cercada por um envelope de gás quente, ionizado e transparente com um raio de até 2 milhões de anos-luz, de acordo com as descobertas. A Galáxia de Andrômeda, a maior vizinha da nossa galáxia, está a aproximadamente 2,5 milhões de anos-luz de distância, proporcionando uma sensação de escala.
“Também medimos o tamanho dessas regiões transparentes”, afirmou Daichi Kashino, da Universidade de Nagoya, principal autor de outro artigo da equipe, no comunicado à imprensa. “O Webb não apenas mostra claramente que essas regiões transparentes são encontradas em torno das galáxias”, acrescentou. De acordo com os dados de Webb, as galáxias estão reionizando o gás que as rodeia.
As próprias galáxias mais antigas do universo foram as que iniciaram a Era da Reionização, como explica o infográfico abaixo.
A radiação emanada dessas galáxias é o que aqueceu e ionizou o gás hidrogênio, transformando-o de opaco em transparente durante os períodos de formação estelar e morte estelar por supernovas. Depois disso, essas bolhas transparentes de gás ionizado cresceram e se fundiram, possibilitando que a luz viajasse por todo o universo.
De fato, enquanto eles respondiam ao assunto do que era finalmente responsável pelo universo simples que vemos hoje, esse grupo de cientistas também acrescentou mais um segredo em desenvolvimento sobre o início do universo.
Os astrônomos achavam que tinham uma boa ideia de quantas galáxias encontrariam no início do universo por causa do que sabemos sobre a formação de estrelas e como as estrelas se agrupam para formar galáxias. Os números de Webb, por outro lado, superam em muito essas expectativas.
Kashino forneceu a seguinte explicação: “Esperávamos identificar algumas dezenas de galáxias que existiram durante a Era da Reionização – mas fomos capazes de identificar facilmente 117”.
Além disso, a equipe conseguiu medir a massa do buraco negro supermassivo que alimenta o quasar J0100+2802 graças às informações coletadas pelo Webb. Eles descobriram que tem uma massa de cerca de 10 bilhões de vezes a do nosso Sol, inclinando as escalas cósmicas. Como resultado, é o maior buraco negro supermassivo conhecido do primeiro universo.
A principal autora do terceiro artigo da equipe, Anna-Christina Eilers, do MIT, disse à NASA: “Ainda não podemos explicar como os quasares foram capazes de crescer tanto tão cedo na história do universo”.
