Cientistas identificaram uma galáxia que, há mais de 9 bilhões de anos, já formava um disco nuclear denso e em rotação, composto por estrelas recém-surgidas. Essa estrutura, um disco concentrado no centro da galáxia, é a mais distante já observada pelo telescópio Webb, um período em que o universo contava com cerca de um terço de sua existência total.
A identificação dessa galáxia redefine a cronologia da formação organizada de galáxias, mostrando que essas estruturas se estabeleceram em um período cósmico antes considerado excessivamente jovem e turbulento. Isso sugere que a organização e o desenvolvimento de núcleos galácticos ocorreram bem antes do que os modelos cosmológicos convencionais indicavam.
A galáxia CEERS-4031: um desenvolvimento acelerado no cosmos
As imagens capturadas pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) mostram a galáxia CEERS-4031 em uma época em que o cosmos tinha aproximadamente 4,5 bilhões de anos. Com um tamanho comparável ao da Via Láctea em número de estrelas, seu centro abriga um disco nuclear de milhares de anos-luz de diâmetro, que gira rapidamente e brilha com a luz de jovens estrelas quentes.
A equipe responsável pela identificação foi liderada por Zoe Le Conte, pesquisadora de doutorado na Universidade de Durham, no Reino Unido. Seu grupo de pesquisa tem focado no estudo do crescimento galáctico durante o Meio-dia Cósmico, fase de alguns bilhões de anos pós-Big Bang caracterizada pelo pico de formação estelar. Normalmente, estruturas observadas como essa estão associadas a galáxias maduras e estáveis.
Em uma comunicação eletrônica, Le Conte explicou a importância da descoberta para compreender a evolução primordial das galáxias.
“A detecção de um disco nuclear em um estágio tão inicial altera nossa percepção sobre o desenvolvimento das galáxias; essa estrutura aponta para uma evolução acelerada da galáxia, que alcançou um estado mais avançado de maturidade”, afirmou Le Conte.
Detalhes sobre a complexidade do disco nuclear da CEERS-4031
Em galáxias mais próximas da Terra, discos semelhantes se concentram nos centros de grandes estruturas, funcionando como sistemas compactos e independentes, com poucos milhares de anos-luz de diâmetro. O disco em CEERS-4031 demonstra ser tão extenso quanto muitos desses exemplos observados no universo próximo e exibe intensa atividade de formação estelar.
A identificação do disco exigiu um processo minucioso para isolá-lo do brilho intenso do núcleo galáctico. A equipe refinou as imagens do James Webb, eliminando o resplendor central suave, e posteriormente modelou a luminosidade remanescente. A borda externa do disco apresentava uma coloração azulada, um indicador típico de estrelas que acabaram de nascer, similar ao que se observa em discos galácticos mais próximos.
A galáxia CEERS-4031 já era conhecida pela equipe de Le Conte. Pesquisas anteriores a haviam classificado entre as galáxias distantes que possuem uma barra estelar, uma extensa faixa reta de estrelas que atua no transporte de material para o centro galáctico.
Entendendo o processo de formação das barras estelares em galáxias
Na galáxia CEERS-4031, a barra se estende por aproximadamente 17 mil anos-luz do núcleo até suas extremidades. Durante a rotação da galáxia, essa barra direciona o gás para o interior, acumulando-o na região central.
Esse gás, impulsionado para dentro, se concentra e resfria, formando um reservatório. Ao atingir densidade suficiente, ele desencadeia intensas explosões de formação estelar. Com o tempo, o gás acumulado se organiza em um disco nuclear rotativo, expandindo-se conforme novo material se adiciona progressivamente a distâncias crescentes do centro.
Em galáxias contemporâneas, a formação de estrelas, mediada por barras, processa-se de forma gradual ao longo de bilhões de anos, um fenômeno conhecido pelos astrônomos como evolução secular. Nesse processo, as estrelas e o gás se reorganizam de maneira suave, diferente das violentas colisões e fusões comuns no universo primitivo.
O disco dessa galáxia distante exibe os mesmos detalhes complexos encontrados em suas análogas modernas. A equipe de pesquisa também identificou uma segunda barra de menor porte e um par de braços espirais ondulados que se interligam na estrutura, elementos que, presume-se, direcionam ainda mais gás para o centro.
As subestruturas localizadas no centro da galáxia são as mais massivas. Le Conte explicou: “Descobrimos indícios de braços espirais nucleares e, possivelmente, de uma barra nuclear, estruturas que podem alimentar o buraco negro supermassivo da galáxia e influenciar sua evolução de forma considerável.”
O telescópio Webb detecta formações estelares em galáxias jovens
O telescópio James Webb já havia transformado parte do conhecimento sobre essa área. Um estudo anterior, empregando seu sensor infravermelho de alta precisão, revelou a presença de faixas que cruzam galáxias em um universo com apenas alguns bilhões de anos, um período muito mais antigo do que os telescópes anteriores conseguiam observar.
A identificação dessas barras primitivas já representava um feito. Conseguir flagrar uma delas em processo ativo de construção de novas estruturas foi um avanço inédito até então. O disco observado em CEERS-4031 possui um tamanho considerável em relação à barra que o nutre, indicando um rápido influxo e acúmulo de gás, em vez de um desenvolvimento lento ao longo de éons.
Essa descoberta levou a uma comparação inevitável. Outra pesquisa já havia documentado uma galáxia barrada ainda mais distante, que puxava gás para seu interior a uma taxa dez vezes superior à das galáxias barradas mais velozes próximas. A equipe atual determinou que a CEERS-4031, embora tenha uma formação rápida, não demonstra um comportamento tão agressivo.
O que realmente surpreendeu os cientistas foi a velocidade do processo. Certas formações promovidas pelas barras ocorrem em um ritmo acelerado, desmistificando a ideia de que seriam restritas a períodos de “evolução secular” tranquila.
Próximos passos na busca por discos galácticos primitivos
Em uma época em que o universo tinha 4,5 bilhões de anos, as barras já exerciam uma influência significativa, remodelando galáxias internamente e edificando os centros densos e repletos de estrelas que observamos no presente. Essa descoberta eleva uma hipótese sobre a função primordial das barras a um fato diretamente confirmado.
O tamanho considerável deste disco é um dos fatores que possibilitou sua detecção pelo James Webb; estruturas menores a distâncias similares ainda estão além da capacidade atual do telescópio. A expectativa é que observatórios mais avançados, em fase de construção, consigam identificá-los, desvendando a frequência com que as galáxias adotaram essa trajetória evolutiva em seus estágios iniciais.
A análise deste disco se integra a um esforço mais abrangente para mapear as configurações estelares de galáxias distantes. Em declaração, Le Conte informou: “Nossa meta é compreender como se inicia a formação de barras e de que maneira suas características influenciam a evolução galáctica.”
Para os pesquisadores que investigam a formação de galáxias como a Via Láctea, essa descoberta redefine integralmente a cronologia estabelecida. Isso porque os centros galácticos organizados e os buracos negros que eles abrigam não surgiram apenas em um universo tranquilo e maduro, mas já estavam em processo de formação em um cosmos ainda jovem e dinâmico.
