Universo jovem teve galáxias que nasceram, cresceram e morreram em apenas 1 bilhão de anos

O que faz com que algumas das maiores galáxias do universo jovem simplesmente parem de criar estrelas, enquanto a Via Láctea continua a produzir novos sóis por mais de 13 bilhões de anos? Essa pergunta, que desafiava astrônomos há anos, acaba de ganhar uma resposta consistente a partir de uma pesquisa conduzida no Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP), em parceria com instituições internacionais.

Publicado na revista Astronomy & Astrophysics, o estudo liderado pelo doutorando Pablo Araya-Araya, sob orientação do professor aposentado e ex-diretor do IAG-USP Laerte Sodré Junior, analisou duas populações galácticas aparentemente opostas. De um lado, as chamadas DSFGs – galáxias extremamente ativas, envoltas em poeira, que formavam estrelas a taxas de até 500 massas solares por ano. Do outro, as MQs – galáxias massivas, porém quiescentes, completamente inertes do ponto de vista da formação estelar.

A grande descoberta é que as MQs não nasceram mortas. Pelo contrário: entre 86% e 96% delas passaram, em algum momento, pela fase explosiva de uma DSFG. Ou seja, tiveram um passado de intensa atividade antes de silenciarem precocemente – cerca de 1 bilhão de anos após começarem a formar estrelas, quando o universo tinha apenas 3 a 4 bilhões de anos.

A chave para esse destino acelerado, segundo os pesquisadores, está em uma fusão violenta e precoce entre duas galáxias de massa semelhante. O choque cósmico teria dois efeitos simultâneos: um surto avassalador de formação de estrelas e o crescimento rápido de um buraco negro supermassivo no centro da nova galáxia.

“A fusão concentrou grandes quantidades de gás no núcleo, desencadeando simultaneamente o surto extremo de formação estelar e a alimentação intensa do buraco negro supermassivo”, resume Sodré. O problema é que esse mesmo processo acaba selando o destino da galáxia. O gás frio, matéria-prima para novas estrelas, é consumido em ritmo acelerado. Ao mesmo tempo, a energia liberada pelo núcleo ativo do buraco negro aquece o gás ao redor, impedindo que ele esfrie e retorne à galáxia.

“O suprimento de matéria-prima para novas estrelas é bloqueado, e a formação estelar é interrompida em menos de 1 bilhão de anos”, explica o cientista.

Em contraste, a maioria das galáxias formadoras de estrelas cresce de forma mais gradual, com fusões significativas ocorrendo apenas mais tarde, resultando em um apagamento lento e tardio – como deve acontecer com a Via Láctea no futuro distante.

O estudo, no entanto, não resolve completamente o mistério. Observações recentes do Telescópio Espacial James Webb têm mostrado mais galáxias quiescentes massivas no universo jovem do que os modelos previam. “Estamos observando muito mais galáxias com emissões submilimétricas do que podíamos prever”, admite Sodré.

O avanço na área, segundo ele, dependerá de modelos teóricos mais refinados, simulações mais realistas e novos instrumentos. Um dos mais promissores é o Giant Magellan Telescope (GMT), em construção no Observatório de Las Campanas, no deserto do Atacama, no Chile. Com espelho de 24,5 metros, o GMT poderá produzir imagens com resoluções três a quatro vezes superiores às do James Webb. A previsão é que entre em operação em meados da próxima década.

O trabalho contou com apoio da FAPESP, por meio de um auxílio ao projeto especial “Explorando o Universo, da formação de galáxias aos planetas tipo-terra, com o GMT” e de uma bolsa de doutorado para Marcelo Vicentin, também coautor do artigo.

O estudo “The connection between dusty star-forming galaxies and the first massive quenched galaxies” pode ser acessado no site da Astronomy & Astrophysics.