Astrônomos assumiram o papel de arqueólogos espaciais e usaram o Telescópio Espacial James Webb para estudar mais de 100 galáxias de disco que existiram há cerca de 11 bilhões de anos. Assim como artefatos terrestres, essas galáxias “pré-históricas” podem nos dizer muito sobre a história da nossa galáxia, a Via Láctea.
Um exemplo de uma galáxia com dois discos. Fonte da imagem: NASA/Takafumi Tsukui (ANU)
O trabalho dos cientistas teve como objetivo estudar a formação de discos estelares finos e espessos em galáxias. Como observações anteriores mostraram, mais da metade das galáxias vistas de perfil possuem ambos os discos, mas os processos de sua formação ainda não são totalmente compreendidos.
O disco fino está aninhado dentro do espesso, e cada um tem sua própria população de estrelas e sua própria dinâmica de movimento. Isso se assemelha a um redemoinho dentro de outro redemoinho, uma característica das galáxias de disco. A Via Láctea também possui dois discos, com o Sol, a Terra e toda a humanidade localizados na camada fina do disco.
O estudo teve como objetivo descobrir como e por que a estrutura de disco duplo se forma. Para isso, astrônomos selecionaram 111 galáxias com disco de borda. Esta foi a primeira vez que os cientistas puderam estudar a estrutura de discos finos e espessos de galáxias que existiam no Universo primordial – apenas 2,8 bilhões de anos após o Big Bang. Este estudo foi possível exclusivamente pelo observatório infravermelho James Webb.
«”Esta medição única da espessura de discos em altos desvios para o vermelho, ou seja, no Universo primordial, tornou-se uma referência para estudos teóricos”, disse o líder da equipe, Takafumi Tsukui, da Universidade Nacional Australiana. “Normalmente, as estrelas velhas de um disco espesso são fracas, enquanto as estrelas jovens de um disco fino ofuscam toda a galáxia. Mas, graças ao poder de resolução do JWST e à sua capacidade única de enxergar através da poeira e identificar as estrelas velhas fracas, podemos resolver a estrutura de disco duplo das galáxias e medir a espessura de cada disco separadamente.”
Os cientistas começaram dividindo as 111 galáxias da amostra em duas categorias: aquelas com dois discos e aquelas com um. Isso parece apoiar a hipótese de que um disco espesso de estrelas se forma primeiro nas galáxias, com o disco fino aparecendo depois.
Segundo os pesquisadores, o tempo de formação desses discos depende da massa da galáxia em questão. Galáxias com um disco e grande massa se transformaram em galáxias com dois discos, com a formação de um disco interno fino há cerca de 8 bilhões de anos. Galáxias com massa menor aparentemente passaram por uma transformação semelhante posteriormente, há cerca de 4 bilhões de anos.
«Pela primeira vez, discos estelares finos foram observados em redshifts mais elevados. A verdadeira novidade é a descoberta de quando os discos estelares finos começam a se formar, relatam os cientistas. “Foi surpreendente ver discos estelares finos que já existiam há 8 bilhões de anos ou até antes.”
Na segunda etapa da análise, os cientistas investigaram a estrutura e a dinâmica do gás ao redor das galáxias usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), um complexo de 66 antenas no norte do Chile que opera como um único radiotelescópio. Outros radiotelescópios também participaram das observações. Os dados mostraram que o gás turbulento no Universo primordial causou surtos de intensa formação estelar nas galáxias, o que levou à formação de discos estelares espessos. À medida que as estrelas se formavam nos discos espessos, o gás se estabilizou, tornou-se menos turbulento e afinou, levando à formação de um disco estelar fino.
Representação esquemática da estrutura de disco duplo da galáxia. Fonte da imagem: Wikipédia
O processo levou tempos diferentes em galáxias de alta e baixa massa, disseram os pesquisadores, porque as primeiras convertem gás em estrelas com mais eficiência do que as últimas. Isso significa que galáxias de alta massa ficam sem gás mais rapidamente e atingem um estado em que discos finos de estrelas podem se formar mais rapidamente.
Processos semelhantes provavelmente ocorreram em nossa galáxia. Eles coincidem temporalmente com conclusões teóricas sobre a época da formação do disco fino da Via Láctea.
No geral, o estudo demonstra a capacidade do JWST de observar o passado e encontrar galáxias que evoluíram de forma semelhante à nossa, permitindo que esses objetos sejam usados como marcadores para contar a história da Via Láctea.