Olhar profundamente no universo observável - e, portanto, voltar aos primeiros períodos de tempo - é uma coisa imensamente fascinante. Ao fazer isso, os astrônomos são capazes de ver as galáxias mais antigas do Universo e aprender mais sobre como elas evoluíram ao longo do tempo. A partir disso, eles não apenas conseguem ver como as estruturas de grande escala (como galáxias e aglomerados de galáxias) se formaram, mas também o papel desempenhado pela matéria escura.
Mais recentemente, uma equipe internacional de cientistas usou o Atacama Large Millimeter-submillimeter Array (ALMA) para observar o Universo quando ele tinha apenas 1,4 bilhão de anos. O que eles observaram foi um "protocluster", uma série de 14 galáxias localizadas a 12,4 bilhões de anos-luz de distância que estavam prestes a se fundir. Isso resultaria na formação de um aglomerado massivo de galáxias, um dos maiores objetos do universo conhecido.
O estudo que descreveu suas descobertas, intitulado "Um núcleo maciço para um aglomerado de galáxias em um desvio para o vermelho de 4,3", apareceu recentemente na revista Natureza. O estudo foi liderado por Tim Miller - um astrônomo da Universidade Dalhousie, Halifax e Yale University - e incluiu membros do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, Observatório Europeu do Sul (ESO), Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, o Observatório Nacional de Radioastronomia e várias universidades e instituições de pesquisa.
Como indicam em seu estudo, esse protocluster (designado SPT2349-56) foi observado pela primeira vez pelo Telescópio do Polo Sul da National Science Foundation. Usando o Atacama Pathfinder Experiment (APEX), a equipe realizou observações de acompanhamento que confirmaram que era uma fonte galáctica extremamente distante, que foi observada com o ALMA. Usando a resolução e sensibilidade superiores do ALMA, eles foram capazes de distinguir as galáxias individuais.
O que eles descobriram foi que essas galáxias estavam formando estrelas a uma velocidade mil vezes mais rápida que a nossa galáxia e estavam amontoadas dentro de uma região do espaço que era cerca de três vezes o tamanho da Via Láctea. Usando os dados do ALMA, a equipe também foi capaz de criar sofisticadas simulações em computador que demonstravam como essa coleção atual de galáxias provavelmente crescerá e evoluirá ao longo de bilhões de anos.
Essas simulações indicaram que, quando essas galáxias se fundirem, o aglomerado de galáxias resultante rivalizará com alguns dos aglomerados mais maciços que vemos na Revista Space. Como Scott Chapman, astrofísico da Dalhousie University e co-autor do estudo, explicou:
“Ter capturado um aglomerado massivo de galáxias em meio à formação é espetacular por si só. Mas, o fato de que isso está acontecendo tão cedo na história do universo representa um desafio formidável para nossa compreensão atual da forma como as estruturas se formam no universo. ”
O consenso científico atual entre os astrofísicos afirma que, alguns milhões de anos após o Big Bang, a matéria normal e a matéria escura começaram a formar concentrações maiores, eventualmente dando origem a aglomerados de galáxias. Esses objetos são as maiores estruturas do Universo, contendo trilhões de estrelas, milhares de galáxias, imensas quantidades de matéria escura e enormes buracos negros.
No entanto, as teorias atuais e os modelos de computador sugeriram que os protoclusters - como o observado pelo ALMA - deveriam levar muito mais tempo para evoluir. Encontrar um que data de apenas 1,4 bilhão de anos após o Big Bang foi, portanto, uma grande surpresa. Como Tim Miller, atualmente candidato a doutorado na Universidade de Yale, indicou:
"Como esse conjunto de galáxias ficou tão grande e tão rápido é um mistério, não foi construído gradualmente ao longo de bilhões de anos, como os astrônomos podem esperar. Essa descoberta oferece uma oportunidade incrível para estudar como os aglomerados de galáxias e suas enormes galáxias se reuniram nesses ambientes extremos. ”
Olhando para o futuro, Chapman e seus colegas esperam realizar mais estudos sobre o SPT2349-56 para ver como esses protoclusters acabaram se tornando um aglomerado de galáxias. "O ALMA nos deu, pela primeira vez, um ponto de partida claro para prever a evolução de um aglomerado de galáxias", disse ele. "Com o tempo, as 14 galáxias que observamos deixarão de formar estrelas e colidirão e se fundirão em uma única galáxia gigantesca".
O estudo deste e de outros protoclusters será possível graças a instrumentos como o ALMA, mas também aos observatórios da próxima geração, como o Square Kilometer Array (SKA). Equipados com matrizes mais sensíveis e modelos de computador mais avançados, os astrônomos podem criar uma linha do tempo verdadeiramente precisa de como nosso Universo se tornou o que é hoje.
