Enxames estelares gigantes podem ter causado a reionização do Universo

Em tempos, o Universo era escuro e quente, estando repleto de partículas soltas que se deslocavam em todas as direções. Depois, arrefeceu.

Os eletrões e os protões juntaram-se, a luz tinha dificuldade em circular livremente e o espaço atingiu um estado neutro. Mas essa tranquilidade não durou.

Algo libertou energia suficiente pelo cosmos para voltar a separar muitas dessas partículas. Os astrónomos chamam reionização a esse acontecimento e há anos que debatem a sua origem.

Um novo estudo aponta com força para uma resposta: enxames estelares gigantes recém-formados que romperam nuvens densas de gás muito mais cedo do que se esperava.

Os investigadores recorreram ao Telescópio Espacial James Webb e ao Telescópio Espacial Hubble para analisar milhares de enxames estelares jovens em galáxias próximas.

O trabalho proporcionou aos astrónomos uma das observações mais claras até agora da breve fase em que as estrelas já nasceram, mas continuam envoltas em nuvens densas de gás e poeira. Essa etapa oculta poderá ter contribuído para transformar o Universo primordial.

O início violento das estrelas jovens

As estrelas nascem quando nuvens gigantes de gás colapsam sob a ação da gravidade. À medida que mais estrelas se acendem no interior dessas nuvens, o ambiente torna-se rapidamente violento.

As estrelas de grande massa libertam ventos estelares intensos e radiação ultravioleta e acabam por explodir como supernovas. Estas forças afastam o gás envolvente e impedem que se formem mais estrelas nas proximidades.

Os astrónomos designam este processo por retroação estelar.

Durante décadas, os cientistas tiveram dificuldade em determinar com precisão a rapidez com que os enxames estelares jovens dissipam as nuvens onde nasceram. A resposta poderá ajudar a explicar a evolução das galáxias e a reionização do Universo primordial.

Uma pista para a reionização cósmica

A investigação foi conduzida por uma equipa internacional liderada por cientistas da Universidade de Estocolmo e do Centro Oskar Klein. Daniela Calzetti, professora catedrática distinguida da Universidade de Massachusetts Amherst, também integrou a equipa de autores.

«À medida que o Universo começou a arrefecer depois do Big Bang, todos os eletrões e protões que se encontravam dispersos começaram a encontrar-se e a ligar-se, até que o Universo adquiriu uma carga neutra», afirmou.

Mais tarde, uma enorme libertação de energia separou os protões e os eletrões entre as galáxias, num acontecimento conhecido como reionização.

Há muito que os astrónomos procuram identificar a origem da energia responsável por essa transformação.

Webb e Hubble atravessam finalmente as nuvens

Os astrónomos estudam há muito as regiões próximas de formação estelar na Via Láctea, mas a posição da Terra no interior da galáxia impede grande parte da observação. Ao olhar para outras galáxias, os cientistas podem observar milhares de enxames estelares em diferentes fases da sua vida.

Isso tornou-se possível graças aos instrumentos de infravermelhos do Webb, capazes de ver através de espessas cortinas de gás e poeira. O Hubble acrescentou outra peça ao captar luz ultravioleta e visível.

Em conjunto, os telescópios permitiram aos investigadores analisar quase 9 000 enxames estelares em quatro galáxias próximas: Messier 51, Messier 83, NGC 628 e NGC 4449.

Alguns enxames continuavam profundamente escondidos no gás. Outros tinham dissipado parcialmente o material à sua volta. Havia ainda os que estavam totalmente visíveis.

A equipa identificou um padrão claro: os enxames estelares de grande massa escapavam das nuvens onde nasceram muito mais depressa do que os mais pequenos.

Os maiores libertavam-se ao fim de cerca de 5 milhões de anos. Já os enxames mais pequenos permaneciam envoltos em gás durante aproximadamente 7 a 8 milhões de anos antes de emergirem.

A diferença pode parecer pequena, mas, em astronomia, muda tudo.

Porque são importantes os enxames estelares gigantes

A formação de enxames estelares de grande massa terá provavelmente contribuído para impulsionar a reionização do Universo.

Os investigadores concluíram que os enxames de maior massa conseguiam emergir das suas nuvens natais em apenas 5 milhões de anos, dispondo assim de tempo suficiente para produzir os fotões necessários à reionização do Universo.

As estrelas de grande massa emitem naturalmente enormes quantidades de radiação ultravioleta. Se o gás que as rodeia se dissipar depressa, essa energia pode escapar para o espaço muito mais cedo.

Isto poderá explicar como o Universo passou de um lugar pouco luminoso e neutro para o cosmos brilhante e estruturado que hoje observamos.

As descobertas poderão também melhorar os modelos informáticos da evolução das galáxias.

«As simulações da formação estelar e da retroação estelar têm tido dificuldade em reproduzir a forma como os enxames estelares se formam e emergem das suas nuvens natais», afirmou Angela Adamo, autora principal do estudo e investigadora principal do FEAST. «Estes resultados fornecem-nos novos e importantes limites para esse processo.»

A formação de planetas sob pressão

As conclusões não se limitam a influenciar as teorias sobre as galáxias. Poderão também alterar a forma como os cientistas pensam sobre a formação de planetas.

As estrelas jovens estão frequentemente rodeadas por discos giratórios de gás e poeira, chamados discos protoplanetários. É nesses discos que, com o tempo, se formam planetas.

Contudo, se estrelas de grande massa nas proximidades afastarem o gás demasiado depressa e inundarem a região com radiação ultravioleta, a formação planetária poderá ser interrompida precocemente. Isso significa que alguns sistemas estelares poderão perder a matéria-prima necessária para formar planetas de grandes dimensões.

Webb observa os berçários estelares

«Este trabalho reúne investigadores que simulam a formação estelar e outros que trabalham com observações, bem como grupos que estudam a formação de planetas», afirmou Alex Pedrini.

«Com o Webb, podemos espreitar os berços dos enxames estelares e relacionar a formação de planetas com o ciclo de formação estelar e de retroação estelar.»

O Telescópio Espacial James Webb foi concebido para observar profundamente a história cósmica, e estudos como este mostram exatamente por que razão os cientistas aguardavam com tanto entusiasmo o seu lançamento.

O Webb não se limita a detetar galáxias distantes. Está também a revelar os processos ocultos que moldaram o Universo muito antes de a Terra existir.

O estudo completo foi publicado na revista Nature Astronomy.