Telescópio James Webb acha “gêmea” da Via Láctea em época inesperada

Menos de 1,5 bilhão de anos depois do Big Bang, quando o Universo ainda tinha cerca de 10% da idade atual, uma galáxia em forma espiral já se organizava de maneira surpreendentemente parecida com a Via Láctea. Batizada de Alaknanda por pesquisadores do NCRA-TIFR (National Centre for Radio Astrophysics do Tata Institute of Fundamental Research), na Índia, ela foi revelada pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) e está no centro de um desafio direto às teorias clássicas de como as galáxias crescem.

O estudo, assinado por Rashi Jain e Yogesh Wadadekar e publicado na revista Astronomy & Astrophysics, indica que os processos que montam discos espirais bem definidos podem ser muito mais rápidos e eficientes do que se pensava.

Uma espiral madura em um Universo ainda criança

De acordo com as observações, Alaknanda é uma galáxia espiral com disco organizado e dois braços bem desenhados, que lembra de perto a estrutura da Via Láctea. O fato de ela já existir em estado tão “maduro”, apenas 1,5 bilhão de anos após o Big Bang, contrasta com a expectativa de que as primeiras galáxias fossem caóticas e irregulares, com formas pouco definidas.

Modelos clássicos indicam que uma espiral com dois braços simétricos e bem marcados, requer vários bilhões de anos para se formar. Seria necessário um longo período de acreção lenta de gás. E esse gás precisaria se assentar em um disco em rotação. Somente depois que surgiriam ondas de densidade que esculpem os braços espirais. Tudo isso ainda teria de ocorrer sem grandes colisões que destruíssem a delicada organização do sistema.

Alaknanda foge desse roteiro. O estudo aponta que a galáxia já exibe um bojo central brilhante e dois braços espirais extensos, que se estendem por cerca de 30.000 anos-luz. Além da forma, ela está formando estrelas em ritmo acelerado, com uma taxa equivalente à massa de cerca de 60 sóis por ano, aproximadamente 20 vezes maior que a taxa atual da Via Láctea. Os autores estimam ainda que cerca de metade de suas estrelas tenha se formado em apenas 200 milhões de anos, um intervalo muito curto em termos cósmicos.

“Alaknanda tem a maturidade estrutural que associamos a galáxias bilhões de anos mais velhas”, afirma a pesquisadora Rashi Jain. Para ela, encontrar um disco espiral tão organizado nesse período indica que processos como acreção de gás, assentamento do disco e possível desenvolvimento de ondas de densidade espirais podem operar de forma bem mais eficiente do que os modelos atuais preveem.

Como o James Webb observou Alaknanda

A galáxia aparece na direção do aglomerado de galáxias Abell 2744, também conhecido como Aglomerado de Pandora. Trata-se de uma região extremamente massiva, cuja gravidade distorce e amplifica a luz de objetos mais distantes. Esse fenômeno é chamado de lente gravitacional, quando a gravidade de um grande aglomerado funciona como uma lente cósmica, desviando e aumentando o brilho de galáxias que estão por trás dele.

No caso de Alaknanda, a lente gravitacional tornou a galáxia cerca de 2 vezes mais brilhante para os instrumentos do James Webb, o que permitiu observar sua estrutura espiral com muito mais clareza. Sem essa “ajuda” natural, detalhes finos dos braços e do disco seriam difíceis de registrar a distâncias tão grandes.

Para extrair o máximo de informação, os astrônomos analisaram imagens do telescópio espacial em até 21 filtros diferentes, cada um sensível a uma faixa específica do infravermelho. Esses dados permitiram estimar, com precisão incomum para uma galáxia tão distante, parâmetros como distância, quantidade de poeira, massa total de estrelas e a evolução da taxa de formação estelar ao longo do tempo.

Por que Alaknanda é um caso tão extremo

O James Webb já tinha revelado outros discos aparentemente maduros no Universo distante, mas Alaknanda se destaca como um exemplo particularmente claro de galáxia espiral, com dois braços definidos e simétricos. Isso reforça a ideia de que o Universo jovem podia produzir estruturas complexas e ordenadas muito mais cedo do que os modelos indicavam.

“Alaknanda revela que o Universo primitivo era capaz de montar galáxias em um ritmo muito mais rápido do que antecipávamos”, afirma Yogesh Wadadekar. Segundo ele, a galáxia conseguiu reunir cerca de 10 bilhões de massas solares em estrelas e organizá-las em um disco espiral em poucos centenas de milhões de anos. Em escalas cósmicas, esse ritmo é descrito como extraordinariamente rápido e obriga os astrônomos a repensar os cenários de formação galáctica.

Na prática, o caso de Alaknanda serve como um “ponto de teste” para simulações de evolução de galáxias. Se as simulações não forem capazes de produzir discos espirais tão massivos, organizados e precoces, significará que ingredientes importantes, como a quantidade de gás frio disponível ou a forma como esse gás entra na galáxia, podem estar sendo subestimados.

Como essa espiral pode ter se formado tão rápido

Um dos próximos desafios é entender exatamente o que criou os braços espirais de Alaknanda. Segundo a pesquisa, uma possibilidade é que fluxos contínuos de gás frio tenham alimentado o disco, permitindo o surgimento natural de ondas de densidade que moldam os braços. Nesse cenário, não seria necessária uma perturbação externa forte para explicar o padrão espiral.

Outra hipótese considerada pelos pesquisadores é a passagem de uma galáxia companheira menor, que poderia ter desencadeado o desenho dos braços por meio de interações gravitacionais, um tipo de processo conhecido como espiral de maré. O problema é que esse tipo de estrutura geralmente se dissipa relativamente rápido, o que levanta dúvidas sobre se esse mecanismo seria suficiente para explicar um sistema tão organizado tão cedo.

Para avançar nas pesquisas, os autores defendem observações de acompanhamento com os instrumentos espectroscópicos do próprio James Webb ou com o conjunto de antenas do ALMA (Atacama Large Millimeter Array), no Chile. Esses dados permitiriam medir com mais detalhes o movimento do gás e das estrelas no disco e responder se ele é dinamicamente “frio”, com órbitas bem ordenadas, ou “quente”, com mais turbulência. Essa diferença é crucial para reconstruir o caminho que levou a galáxia ao estado atual.

O que essa descoberta muda na história cósmica

Alaknanda é mais do que uma imagem bonita do Universo distante. Segundo o estudo, sua existência obriga os astrônomos a recalibrar a linha do tempo da evolução cósmica, desde a formação das primeiras estrelas e galáxias até o aparecimento de sistemas planetários. Se discos espirais massivos conseguem se organizar em algumas centenas de milhões de anos, então o Universo jovem foi um ambiente bem mais ativo e eficiente em construir estruturas do que se supunha.

Os autores sugerem que isso pode significar, indiretamente, que condições para a formação de planetas, e talvez de sistemas parecidos com o nosso, poderiam ter surgido mais cedo do que se imaginava.

À medida que o JWST continua a explorar regiões cada vez mais distantes, a expectativa é encontrar outras galáxias do tipo de Alaknanda. Cada novo exemplo ajudará a refinar os modelos de formação galáctica e a entender em que medida a nossa própria Via Láctea é típica ou exceção na história do Cosmos. Até aqui, o caso de Alaknanda fortalece a visão de que o Universo jovem já era capaz de criar sistemas em disco estáveis muito antes do que os cientistas previam.

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