Astrônomos descobrem galáxia fóssil inalterada há 7 bilhões de anos
Descoberta oferece visão única da história cósmica e adiciona novo objeto à enigmática coleção de "galáxias fósseis", que permanecem praticamente intactas desde o início do universo
Uma galáxia que permaneceu inalterada por 7 bilhões de anos — uma raridade no universo — foi observada por astrônomos, oferecendo um vislumbre da história cósmica e somando-se a uma enigmática coleção de objetos chamados relíquias ou "galáxias fósseis".
Essas peculiaridades espaciais são galáxias que, após uma fase inicial de intensa formação estelar, escapam de seu caminho evolutivo esperado. Enquanto outras galáxias se expandem e se fundem umas com as outras, as galáxias fósseis permanecem virtualmente inativas. Como cápsulas do tempo celestiais, elas fornecem um instantâneo do universo antigo e permitem aos astrônomos examinar o mecanismo de formação das galáxias.
A galáxia fóssil recém-descoberta — denominada KiDS J0842+0059 — está a cerca de 3 bilhões de anos-luz da Terra, tornando-a tanto a mais distante quanto a primeira de seu tipo observada fora do universo local, a região do espaço mais próxima à Terra que tem aproximadamente 1 bilhão de anos-luz de raio. Ela foi encontrada por uma equipe de astrônomos liderada pelo Instituto Nacional de Astrofísica da Itália (INAF), usando imagens de alta resolução do Telescópio Binocular Grande no Arizona.
"As galáxias relíquia, por acaso, não se fundiram com nenhuma outra galáxia, permanecendo mais ou menos intactas ao longo do tempo", disse Crescenzo Tortora, pesquisador do INAF e primeiro autor de um estudo sobre a descoberta publicado em 31 de maio na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. "Esses objetos são muito raros porque, conforme o tempo passa, a probabilidade de se fundir com outra galáxia naturalmente aumenta".
Muito compacta, muito massiva
Os astrônomos acreditam que as galáxias mais massivas se formam em duas fases, segundo a coautora do estudo Chiara Spiniello, pesquisadora da Universidade de Oxford no Reino Unido.
"Primeiro, há uma explosão inicial de formação estelar, uma atividade muito rápida e violenta", disse ela. "Acabamos tendo algo muito compacto e pequeno, o progenitor desta relíquia".
A segunda fase, ela acrescentou, é um processo prolongado durante o qual galáxias que estão próximas começam a interagir, fundir-se e consumir umas às outras, causando uma mudança muito dramática em suas formas, tamanhos e populações estelares. "Definimos uma relíquia como um objeto que perdeu quase completamente esta segunda fase, tendo formado pelo menos 75% de sua massa na primeira fase", explicou Spiniello.
A característica reveladora das galáxias fósseis é que elas são muito antigas, compactas e densas, muito mais do que nossa própria galáxia.
"Elas contêm bilhões de estrelas tão massivas quanto o sol e não estão formando novas estrelas — elas não estão fazendo essencialmente nada, e são os registros fósseis do universo muito antigo", disse ela. "Elas se formaram quando o universo era realmente, realmente jovem. E então, por algumas razões que honestamente ainda não entendemos, elas não interagiram. Não se fundiram com outros sistemas. Evoluíram sem perturbações e permaneceram como eram".
As galáxias fósseis são cruciais porque são uma ligação direta com a população de galáxias massivas que existia há bilhões de anos, disse Michele Cappellari, professor de astrofísica da Universidade de Oxford que não participou do estudo. "Como "fósseis vivos", elas evitaram as fusões caóticas e o crescimento que a maioria das outras galáxias massivas experimentou. Estudá-las nos permite reconstruir as condições do universo em sua infância e entender as explosões iniciais de formação estelar", disse ele.
O que fez essas galáxias pararem de formar estrelas tão abruptamente é uma grande questão, ele acrescentou. "Evidências de observações tanto locais quanto distantes sugerem que o feedback de buracos negros supermassivos pode ser responsável", disse Cappellari. "Esses buracos negros podem produzir ventos poderosos que expelem ou aquecem o gás em uma galáxia, impedindo a formação adicional de estrelas. No entanto, isso continua sendo uma área ativa de pesquisa".
Um futuro incerto
Os cientistas identificaram inicialmente a KiDS J0842+0059 em 2018 usando o Telescópio de Levantamento VLT (VST) no Observatório Paranal no Chile. Essa observação revelou que a galáxia era povoada por estrelas muito antigas, mas forneceu apenas uma estimativa de sua massa e tamanho, então uma observação mais detalhada foi necessária para confirmar que era uma relíquia.
O Large Binocular Telescope usado para esta confirmação pode produzir imagens muito nítidas devido à sua capacidade de compensar a turbulência atmosférica, que de outra forma pode dificultar o foco dos telescópios terrestres em objetos distantes.
A galáxia fóssil recém-descoberta junta-se a um grupo de apenas algumas outras que foram observadas com o mesmo nível de detalhamento, sendo a mais pristina delas — chamada NGC 1277 — confirmada pelo Telescópio Espacial Hubble em 2018.
NGC 1277 e KiDS J0842+0059 são muito semelhantes, mas a última está muito mais distante da Terra. Ela se encaixa quase perfeitamente na definição de galáxia fóssil, segundo Spiniello.
"Isso é o que chamamos de uma relíquia extrema", disse ela, "porque quase todas, ou 99,5% de suas estrelas foram formadas incrivelmente cedo no tempo cósmico, e a galáxia não fez absolutamente nada depois disso."
A galáxia fóssil tem estrelas e planetas, assim como nossa própria galáxia, mas é muito mais densa, acrescentou Spiniello. "Haverá muito mais estrelas em um volume minúsculo, então será super lotado", disse ela. "E será muito mais difícil encontrar sistemas solares como o nosso, com muitos planetas orbitando ao seu redor, apenas devido às chances de haver estrelas companheiras interferindo nas proximidades."
KiDS J0842+0059 aparece para os observadores como era há 3 bilhões de anos, porque é o tempo que a luz vinda da galáxia leva para chegar à Terra. Spiniello levantou a hipótese de que a relíquia provavelmente permanecerá como está para sempre, mas os cientistas não podem ter certeza, já que ainda não sabem o que a impede de interagir com outras galáxias.
"Deve haver algo que as impede de se fundir, mas sem saber o quê, não podemos realmente prever o que vai acontecer no futuro", disse Spiniello.
"Um em milhões"
É muito difícil identificar galáxias fósseis e confirmar sua natureza, em parte porque são relativamente raras e pequenas em comparação com galáxias regulares como a Via Láctea, segundo Sébastien Comerón, astrônomo extragaláctico da Universidad de La Laguna e do Instituto de Astrofísica de Canarias na Espanha. A confirmação de uma galáxia relíquia distante é um crédito às estratégias de busca usadas para identificar esses objetos e aos instrumentos modernos, disse ele.
"As galáxias relíquia são misteriosas", acrescentou Comerón, que não participou do estudo, em um e-mail. "O fato de que algumas galáxias são atualmente relíquias intocadas das primeiras grandes galáxias precisa de uma explicação."
Os astrônomos não podem dizer com certeza quão raras são as relíquias, mas Spiniello estima que pode haver "uma em milhões" entre todas as galáxias do universo. O projeto INSPIRE — que visa encontrar e catalogar galáxias fósseis e gerou a descoberta da KiDS J0842+0059 — já identificou várias dezenas de outras candidatas que estão na fila para análise mais detalhada, disse Spiniello.
Novos instrumentos podem tornar esta busca ainda mais eficaz. Tanto Spiniello quanto Tortora estão entusiasmados com o Euclid, um telescópio da Agência Espacial Europeia lançado em 2023 com o objetivo de explorar a matéria escura e a energia escura, que também será útil para observar galáxias fósseis.
"O Euclid será transformador", disse Spiniello, "porque em vez de observar um único objeto por vez, sua configuração de pesquisa do céu amplo cobrirá muito mais. A ideia é encontrar todas as galáxias em uma parte do céu e depois isolar todas as que são ultracompactas. E se você fizer isso, então poderá realmente estimar quão raras (as galáxias fósseis) são."
Confirmar a galáxia relíquia KiDS J0842+0059 a tal distância é uma conquista notável, e o futuro deste campo é muito promissor, disse Cappellari em um e-mail. "Com telescópios poderosos como James Webb e Euclid (que produziu suas primeiras imagens há apenas alguns meses), e em terra com óptica adaptativa avançada, podemos esperar encontrar e estudar mais dessas relíquias a distâncias ainda maiores."