Todos nos lembramos da imagem: o aglomerado de galáxias SMACS 0723 visto pelo Telescópio Espacial James Webb, a primeira imagem científica obtida pelo maior observatório espacial da história. Entre as inúmeras galáxias visíveis na imagem, havia alguns objetos pequenos que, dado seu tamanho e cor, pareciam estar muito distantes. Não podemos esquecer que o James Webb (JWST) nos permite observar no infravermelho, então um objeto que aparece muito vermelho em uma dessas imagens em cores falsas significa que ele emite apenas no infravermelho; ou seja, estamos falando de uma galáxia muito, muito distante e, portanto, a estamos vendo como era logo após o Big Bang. Nos últimos meses, o observatório espacial obteve outras imagens igualmente impressionantes. A mais recente é um belo instantâneo do chamado Aglomerado de Pandora (Abell 2744), no qual galáxias muito distantes também são vistas afetadas pelos efeitos de lente gravitacional de aglomerados de galáxias mais próximos.
Certo, então o que aprendemos com essas imagens de galáxias distantes? Bem, muita coisa, mas publicar artigos científicos de alto nível em apenas alguns meses é bastante complexo, então muitos dos resultados são preliminares e, às vezes, diferentes equipes de pesquisa se contradizem em suas conclusões ( alerta de spoiler : você precisa ter paciência). A primeira coisa a ter em mente é que nessas imagens — e em outras tiradas posteriormente — podemos ver múltiplas galáxias que são candidatas a ter um desvio para o vermelho ( z ) entre 11 e 20 ( z varia de 0 ao infinito). Ou seja, as vemos quando… o Universo tinha entre 200 e 400 milhões de anos! Incrível. Mas, antes de tudo, a questão fundamental é saber exatamente a que distância essas galáxias primordiais estão. E isso não é fácil. O JWST não consegue realizar uma análise espectroscópica de todos os objetos vistos nessas imagens e, sem um espectro, não podemos calcular o desvio para o vermelho, que nos indica a idade e a distância do objeto observado. Por essa razão, o que os astrônomos fazem é usar um atalho, um pequeno truque chamado "corte de Lyman".
Essa técnica engenhosa se baseia no fato de que a radiação ultravioleta emitida por estrelas em uma galáxia distante é absorvida pelo meio interestelar, de modo que não recebemos radiação dessa região do espectro (as linhas da série de Lyman do espectro do hidrogênio estão no ultravioleta, daí o nome). Quanto mais distante uma galáxia estiver, maior será seu desvio para o vermelho e, portanto, esse corte de Lyman aparecerá em comprimentos de onda cada vez maiores. Para essas primeiras galáxias, estamos falando do infravermelho médio, precisamente a região do espectro observada pelo JWST. Para uma primeira aproximação do cálculo de z , uma variante fotométrica do corte de Lyman pode ser usada: os pesquisadores simplesmente precisam comparar imagens do JWST obtidas com diferentes filtros e verificar quais delas não mostram mais os candidatos a galáxias distantes. Certo, mas o que há de tão especial nessas galáxias? Afinal, já que consegue observar no infravermelho, era esperado que esse telescópio espacial fosse capaz de ver objetos mais distantes do que o Hubble e os observatórios terrestres, certo? Sim, mas o que surpreende é que poucos esperavam ver tantas galáxias distantes com um valor z maior que 11, e ainda menos com um valor z entre 15 e 20. Por quê? Porque acredita-se que as primeiras estrelas se formaram precisamente em torno de z = 20, e é muito difícil explicar por que vemos galáxias já formadas nessa época. E não se trata apenas de haver muitas galáxias extremamente jovens, mas também de que a maioria delas exibe uma estrutura desenvolvida — ou seja, são compactas e em forma de disco — um fato que contradiz as conclusões de alguns estudos anteriores sobre galáxias primitivas usando dados do telescópio Hubble.
Mas lembremos que, naturalmente, a maioria dessas galáxias distantes são, na verdade, candidatas a serem galáxias distantes. Para garantir que estejam realmente tão distantes, seus valores de z precisos precisam ser confirmados com um espectro detalhado, mas o JWST simplesmente não tem tempo para confirmar todas as candidatas. A técnica fotométrica de Corte de Lyman não é precisa, e muitos dos redshifts calculados por esse método podem estar incorretos devido a erros de calibração ou porque as galáxias têm grandes quantidades de poeira que as fazem parecer mais vermelhas — e mais distantes — do que realmente são. Até o advento da era James Webb, a galáxia mais distante era a GN-z11, com um valor de z de, bem, 11, calculado graças aos telescópios espaciais Hubble e Spitzer. Com o JWST, agora temos galáxias confirmadas espectroscopicamente com valores de z maiores que 12, como a JADES-GS-z13-0 (com um valor de z de 12,4).
O que sabemos sobre algumas galáxias das quais foram obtidos espectros detalhados é que seu brilho não provém apenas da luz das estrelas, mas também de gás interestelar muito quente e ionizado. Observamos também que a proporção de oxigênio — e, por extensão, a de outros elementos "pesados" — é de apenas 2% da atualidade, o que faz sentido considerando que as primeiras estrelas eram compostas apenas de hidrogênio e hélio, e os demais elementos se formaram em seu interior. Portanto, quanto mais jovem uma galáxia, menos "metais" — em termos astrofísicos — ela contém. Essas características tornam esses tipos de galáxias semelhantes às chamadas "ervilhas verdes", pequenas galáxias — cerca de 5% do tamanho da Via Láctea — relativamente próximas de nós, com grandes quantidades de gás e estrelas muito jovens, que se distinguem por sua forma esférica e coloração esverdeada. Isso é normal, pois, se de fato são galáxias jovens, devem ser pequenas e conter grandes quantidades de gás que ainda não formou estrelas. Essas pequenas galáxias podem ser as mais primitivas do ponto de vista de sua composição química e a causa da reionização do Universo primordial.
Em resumo, o Universo primitivo era um lugar mais complexo do que imaginávamos. Mas o fascinante é que todas essas novas descobertas são resultado de um telescópio espacial que vem enviando dados científicos há pouco mais de seis meses. Que maravilhas ainda nos aguardam para serem descobertas?
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