O Universo primitivo era caracterizado por sua escuridão, predominantemente preenchido com hidrogênio que obstruía a luz. Permaneceu nesse estado até o surgimento das primeiras estrelas, emitindo radiação ultravioleta (UV) e marcando o início da Época da Reionização. Esta era viu o começo da dominância da luz no Universo. No entanto, antes desse período, um tipo distinto de luz, conhecido como emissões Lyman-alfa, estava presente em meio à escuridão.
As emissões Lyman-alfa, que ocorrem no espectro UV, são produzidas por átomos de hidrogênio quando seus elétrons transitam para um certo estado energético. Essas emissões fazem parte da floresta Lyman-alfa, uma série de linhas de absorção originárias do hidrogênio em objetos astronômicos distantes. À medida que a luz desses objetos viaja através de nuvens de gás em vários deslocamentos para o vermelho (redshifts), resulta na formação das linhas Lyman-alfa.
Uma questão significativa e não resolvida tem sido a origem das emissões Lyman-alfa detectadas antes da Época da Reionização. Durante este tempo inicial, o Universo estava densamente preenchido com gás opaco, aparentemente muito espesso para a luz penetrar. A detecção de linhas Lyman-alfa dessa era apresenta um desafio para o nosso entendimento do Universo primitivo.
A galáxia EGSY8p7, uma galáxia brilhante no Universo primitivo onde a emissão de luz é vista, entre outras coisas, de átomos de hidrogénio excitados – emissão Lyman-alfa. Nos dois painéis inferiores, a alta sensibilidade do Webb identifica esta galáxia distante juntamente com as suas duas galáxias companheiras, onde observações anteriores viram apenas uma galáxia maior no seu lugar. (ESA/Webb, NASA e CSA, S. Finkelstein, M. Bagley, R. Larson/UT Austin/A. Pagan/STScI/C. Witten, M. Zamani)
A existência dessas emissões era um problema intrigante, pois a luz de átomos de hidrogênio no Universo muito primitivo deveria ter sido completamente obstruída pelo gás neutro primitivo formado pós-Big Bang. Várias hipóteses foram propostas para explicar como essa emissão ‘inexplicável’ conseguiu escapar.
Avanços recentes foram feitos nesta área de estudo, particularmente com o advento do Telescópio Espacial James Webb (JWST). O JWST, projetado para observar os primeiros dias do Universo, fornece a sensibilidade e a resolução angular necessárias para rastrear a luz antiga até sua fonte. Um dos principais objetivos do JWST era explorar o Universo primitivo e responder a questões de longa data sobre sua natureza.
Pesquisadores utilizaram imagens de alta resolução e alta sensibilidade da Câmera de Infravermelho Próximo do JWST para analisar galáxias com redshifts superiores a 7. Essa análise revelou que todas as galáxias em uma amostra de emissores Lyman-alfa tinham companheiras próximas, uma descoberta com implicações significativas.
As imagens do JWST do emissor Lyman-Alpha LAE EGSY8p68 exibiram mais detalhes do que as observações anteriores feitas pelo Telescópio Espacial Hubble. Enquanto o Hubble identificou apenas uma grande galáxia, o poder de resolução do JWST revelou um aglomerado de galáxias menores, interagindo ao redor das brilhantes. Essa revelação indica que a região é mais lotada e ativa na formação de estrelas do que se entendia anteriormente.
“Onde o Hubble estava vendo apenas uma grande galáxia, o Webb vê um aglomerado de galáxias menores interagindo, e essa revelação teve um enorme impacto em nosso entendimento da emissão de hidrogênio inesperada de algumas das primeiras galáxias”, explicou Sergio Martin-Alvarez da Universidade de Stanford.
A detecção de emissões Lyman-alfa dessas galáxias primitivas, que eram prolíficas na produção de estrelas, levantou questões sobre sua origem e transmissão através do hidrogênio neutro primordial que preenchia o espaço entre as galáxias. A pesquisa sugere que as emissões foram causadas por fusões galácticas e a intensa formação de estrelas que elas desencadearam.
Para apoiar esta hipótese, os pesquisadores empregaram simulações de fusões galácticas e interações, chamadas Azahar. Essas simulações demonstraram que, à medida que a massa estelar se acumulava e estrelas se formavam nessas galáxias primitivas, dois fenômenos ocorriam. Primeiramente, as estrelas emitiam emissões Lyman-alfa. Em segundo lugar, elas criavam bolhas e canais de hidrogênio ionizado dentro do hidrogênio neutro opaco, que bloqueava a luz. Essas formações permitiram que as emissões Lyman-alfa permeassem.
O estudo indica que o Universo primitivo experimentou uma taxa mais alta de fusões galácticas do que era observável antes da implantação do JWST. Essas fusões e interações, juntamente com a formação estelar resultante, foram responsáveis por gerar as emissões Lyman-alfa e facilitar sua passagem pelo denso hidrogênio neutro opaco.
Essa pesquisa não apenas lança luz sobre as misteriosas emissões Lyman-alfa, mas também sobre os processos dinâmicos que moldaram o Universo primitivo. A equipe por trás do estudo planeja realizar observações mais detalhadas de galáxias em diferentes estágios de fusão para desenvolver e refinar ainda mais sua hipótese.
Fonte: Universe Today
