As teorias atuais da formação de galáxias são baseadas na fusão hierárquica de entidades menores em estruturas cada vez maiores, começando do tamanho de um aglomerado globular estelar e terminando em aglomerados de galáxias. De acordo com esse cenário, supõe-se que não existam galáxias massivas no universo jovem.
No entanto, essa visão agora precisa ser revisada. Usando o instrumento multimodal FORS2 no Very Large Telescope em Paranal, uma equipe de astrônomos italianos identificou quatro galáxias remotas, várias vezes mais massivas que a Via Láctea, ou tão grandes quanto as galáxias mais pesadas do universo atual. Essas galáxias devem ter se formado quando o Universo tinha apenas 2.000 milhões de anos, ou seja, 12.000 milhões de anos atrás.
Os objetos recém-descobertos podem ser membros de uma população de antigas galáxias maciças não detectadas até agora.
A existência de tais sistemas mostra que a formação de galáxias elípticas maciças foi muito mais rápida no início do Universo do que o esperado pela teoria atual.
Mesclagem hierárquica
As galáxias são como ilhas no Universo, feitas de estrelas e nuvens de poeira e gás. Eles vêm em diferentes tamanhos e formas. Os astrônomos geralmente distinguem entre galáxias em espiral - como a nossa Via Láctea, NGC 1232 ou a famosa galáxia de Andrômeda - e galáxias elípticas, as quais contêm principalmente estrelas antigas e têm muito pouco pó ou gás. Algumas galáxias são intermediárias entre espirais e elípticas e são chamadas de galáxias lenticulares ou esferoidais.
As galáxias não são apenas de forma distinta, mas também de tamanho: algumas podem ser tão "leves" quanto um aglomerado globular estelar em nossa Via Láctea (ou seja, contêm aproximadamente o equivalente a alguns milhões de sóis), enquanto outras podem ser mais massivas um milhão de milhões de sóis. Atualmente, mais da metade das estrelas do Universo estão localizadas em galáxias esferoidais maciças.
Uma das principais questões em aberto da astrofísica e cosmologia modernas é como e quando as galáxias se formaram e evoluíram a partir do gás primordial que preencheu o Universo primitivo. Na teoria atual mais popular, as galáxias no universo local são o resultado de um processo relativamente lento, onde galáxias pequenas e menos massivas se fundem para formar gradualmente galáxias maiores e mais massivas. Nesse cenário, apelidado de “fusão hierárquica”, o jovem Universo era povoado por pequenas galáxias com pouca massa, enquanto o atual Universo contém galáxias grandes, antigas e maciças - a última a se formar na fase final de um processo lento de montagem.
Se esse cenário fosse verdadeiro, não seria possível encontrar galáxias elípticas maciças no universo jovem. Ou, em outras palavras, devido à velocidade finita da luz, não deve haver galáxias massivas muito longe de nós. De fato, até agora nenhuma galáxia elíptica era conhecida além de uma rádio-galáxia no redshift 1.55 que foi descoberta há quase dez anos.
A pesquisa K20
Para entender melhor o processo de formação de galáxias e verificar se o cenário hierárquico de fusão é válido, uma equipe de astrônomos italianos e do ESO usou o Very Large Telescope do ESO como uma "máquina do tempo" para fazer uma busca por galáxias elípticas muito remotas. No entanto, isso não é trivial. Galáxias elípticas distantes, com o conteúdo de estrelas antigas e vermelhas, devem ser objetos muito fracos, de fato com comprimentos de onda ópticos, pois a maior parte da luz é deslocada para a parte infravermelha do espectro. Galáxias elípticas remotas estão, portanto, entre os alvos observacionais mais difíceis, mesmo para os maiores telescópios; é também por isso que o registro de desvio para o vermelho de 1,55 persistiu por tanto tempo.
Mas esse desafio não parou os pesquisadores. Eles obtiveram espectroscopia óptica profunda com o instrumento FORS2 multimodo no VLT para uma amostra de 546 objetos fracos encontrados em uma área do céu de 52 arcmin2 (ou cerca de um décimo da área da Lua Cheia) conhecida como campo K20, e que se sobrepõe parcialmente à área GOODS-Sul. Sua perseverança valeu a pena e eles foram recompensados pela descoberta de quatro galáxias antigas e maciças, com desvio para o vermelho entre 1,6 e 1,9. Essas galáxias são vistas quando o Universo tinha apenas cerca de 25% da sua idade atual de 13.700 milhões de anos.
Para uma das galáxias, a equipe K20 também se beneficiou do banco de dados de espectros publicamente disponíveis na área GOODS-Sul, obtidos pela equipe ESO / GOODS.
Uma nova população de galáxias
As galáxias recém-descobertas são assim vistas quando o Universo tinha cerca de 3.500 milhões de anos, ou seja, 10.000 milhões de anos atrás. Mas, a partir dos espectros obtidos, parece que essas galáxias contêm estrelas com idades entre 1.000 e 2.000 milhões de anos. Isso implica que as galáxias devem ter se formado adequadamente mais cedo e que devem ter concluído sua montagem essencialmente no momento em que o Universo tinha apenas 1.500 a 2.500 milhões de anos.
As galáxias parecem ter massas superiores a cem mil milhões de massas solares e, portanto, têm tamanhos semelhantes às galáxias mais maciças do universo atual. Imagens complementares tiradas na pesquisa GOODS (“O Grande Observatório das Origens das Profundezas”) do Telescópio Espacial Hubble mostram que essas galáxias têm estruturas e formas mais ou menos idênticas às das galáxias elípticas maciças atuais.
As novas observações revelaram, portanto, uma nova população de galáxias muito antigas e massivas.
A existência de galáxias esferoidais massivas e antigas no Universo primitivo mostra que a montagem das galáxias elípticas massivas de hoje começou muito mais cedo e foi muito mais rápida do que o previsto pela teoria hierárquica de fusão. Andrea Cimatti (INAF, Firenze, Itália), líder da equipe: “Nosso novo estudo agora levanta questões fundamentais sobre nossa compreensão e conhecimento dos processos que regularam a gênese e a história evolutiva do Universo e suas estruturas”.
Fonte original: Comunicado de imprensa do ESO
