Quase no começo dos tempos, o universo estava envolto em trevas. Então, as galáxias primitivas produziram estrelas quentes e brilhantes que vazavam espaço intergaláctico de luz brilhante através de pequenos canais, tornando o universo transparente.
Essa é a conclusão de novas e maravilhosas imagens "espelho", tiradas de uma galáxia distante conhecida como Arco do Sol. Quando o universo era apenas um bebê, era composto de partículas quentes, mas rapidamente resfriadas. Depois que o universo esfriou o suficiente, prótons e elétrons se combinaram para formar hidrogênio neutro, que cobria o universo na escuridão, tornando-o inobservável no espectro eletromagnético, de acordo com o Haystack Observatory do MIT. Durante esse período, conhecido como idade das trevas, qualquer radiação emitida foi absorvida pelo gás hidrogênio.
Então, cerca de um bilhão de anos após o Big Bang, durante a "Época da Reionização", um grande choque de energia ionizou o gás, arrancando elétrons dos átomos de hidrogênio e criando plasma. Essa ionização aconteceu graças à luz ultravioleta energética que "provavelmente veio de estrelas muito jovens, muito brilhantes, muito quentes e também de vida muito curta nas primeiras galáxias", disse o principal autor Thøger Emil Rivera-Thorsen, um pós-doutorado na Universidade de Oslo na Noruega. Mas não está claro como exatamente esse evento de ionização aconteceu.
Para descobrir, os pesquisadores se voltaram para uma galáxia chamada "Arco Sunburst", que fica a cerca de 11 bilhões de anos-luz de distância (embora seja difícil saber exatamente até que ponto isso está em um universo em expansão). O Arco Sunburst não é exatamente Tem idade suficiente para ser uma das primeiras galáxias que reionizou o universo, mas tem idade suficiente para poder ensinar aos pesquisadores algo sobre o processo, disse Rivera-Thorsen.
Em um estudo anterior, Rivera-Thorsen e sua equipe observaram sinais de luz vindos do Arco da Explosão Solar. Algumas dicas sugeriram que a luz ionizante escapou dessas galáxias primitivas através de alguns canais estreitos, ou buracos em uma mortalha opaca que cobria a galáxia. "Mas não podemos dizer que descobrimos isso até que o tenhamos observado diretamente", disse Rivera-Thorsen à Live Science.
Portanto, os pesquisadores propuseram detectar esses buracos usando o Telescópio Espacial Hubble e "eis que funcionou", disse Rivera-Thorsen. O Sunburst Arc está posicionado de uma maneira que facilita a visualização do Hubble. Um aglomerado intermediário de galáxias age como um microscópio cósmico e inclina e amplia a luz do Arco do Sol - que de outra forma seria muito fraca de ver - para que o Hubble possa captá-lo em uma série de imagens. Esse efeito, chamado "lente gravitacional", foi previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein e é particularmente forte nesse caso, levando a 12 imagens duplicadas da galáxia.
Algumas dessas imagens foram tiradas no espectro de luz visível não ionizante e outras foram obtidas no espectro de luz ionizante. Para a luz ionizante, "basicamente tudo o que você pode ver é um pequeno ponto e, caso contrário, não há nada", disse ele. "Acho que essa foi uma confirmação muito bonita de nossa hipótese - de que isso é como um buraco em uma galáxia completamente não transparente e coberta de gás".
Vários fatores precisaram ser alinhados para que os pesquisadores percebessem esse efeito, e assim, "tivemos uma sorte incrível de encontrar essa coisa", disse Rivera-Thorsen. Por exemplo, as imagens do Hubble capturaram todos os "pedaços suculentos" da galáxia, incluindo os lugares onde a luz ionizante escapava. Não está claro por que ou como esses canais estreitos se formaram.
Além disso, nas galáxias mais modernas, "não vemos realmente muita dessa radiação ionizante escapando, vemos um pouco aqui e ali", acrescentou. "Então, algo sobre as propriedades físicas dessas galáxias deve ter mudado dramaticamente entre 1 bilhão de anos após o Big Bang, quando o universo foi reionizado". Em trabalhos futuros, Rivera-Thorsen e sua equipe querem descobrir como as galáxias mudaram desde a época do Big Bang.
"As evidências para escapar à radiação ionizante são convincentes", disse Yuri Izotov, astrônomo do Observatório Astronômico Principal da Ucrânia, que não participou do estudo. Suas descobertas são importantes para entender como a luz vaza das galáxias formadoras de estrelas e sua interpretação de que a luz vaza através dos buracos da galáxia "parece razoável", disse Izotov à Live Science.
Brian Keating, professor de física da Universidade da Califórnia em San Diego, que não estava envolvido no trabalho, concorda. "As fontes que geraram os primeiros fótons ionizantes do universo estão envoltas em mistério", disse Keating à Live Science. "O trabalho deles produz novos e promissores insights sobre os objetos inescrutáveis considerados os principais impulsionadores da época da reionização".
Os resultados foram publicados em 7 de novembro na revista Science.
