Que melhor forma de estudar como se forma uma galáxia do que ver uma em formação? Astrônomos do Instituto Max Planck, usando dados do observatório Alma, descobriram uma enorme galáxia em formato de disco de quando o universo tinha apenas 10% da sua idade atual.

A descoberta mostra que algumas galáxias podem ter se formado muito mais rapidamente do que os cientistas acreditam – um modelo que condiz com as simulações feitas em computador que indicam um modo mais rápido e “frio” de formação de galáxias. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista Nature.

A galáxia DLA0817g (apelidada de Disco Wolfe, em referência ao astrônomo Arthur Wolfe, que foi orientador dos pesquisadores) possui uma massa 70 bilhões de vezes a do Sol e está localizada a 12,5 bilhões de anos-luz de distância.

Existem, atualmente, dois modelos para a formação de galáxias. Um é o tradicional “modo quente”, em que o gás superaquecido precisa esfriar por um longo tempo para formar um disco galáctico (entre quatro e seis bilhões de anos). A proposta mais recende é de “acréscimo no modo frio”, que leva a matéria escura em consideração.

Nesse modelo, a “espinha dorsal” da estrutura cósmica é uma rede cósmica de matéria escura, que não interage com a luz, mas interage gravitacionalmente com a matéria normal (ajudando, inclusive, a manter as galáxias unidas). Onde há um pouco mais de matéria escura, a atração gravitacional é um pouco mais forte.

Galáxia em disco espiral NGC 972. Imagem: ESA/Hubble, NASA, L. Ho

As galáxias se formam dentro dos “nós” da rede de matéria escura têm uma densidade marcadamente mais alta. Mas para que se formem estrelas luminosas (e assim visíveis a grandes distâncias), são necessárias certas condições. As estrelas se formam quando regiões menores dentro de uma nuvem de gás molecular colapsam e esquentam. Mas, para que isso aconteça, e para que o gás forme moléculas, ele precisa ser muito frio (apenas dez graus Celsius acima do zero absoluto, ou – 263,15°C).

A nossa própria Via Láctea possui um enorme disco de gás frio, no qual novas estrelas estão se formando – mas seu tamanho representa um desafio. Um modo importante de crescimento de galáxias são colisões e fusões com galáxias menores. “A maioria das galáxias que encontramos no início do universo se parece com uma batida trem porque foram submetidas a uma fusão consistente e violenta”, explica Marcel Neeleman, astrônomo que liderou o estudo.

“Essas fusões a quente dificultam a formação de discos rotativos a frio bem ordenados, como observamos em nosso universo atual”, afirma Neeleman. Como o gás dessas galáxias é sempre aquecido na colisão, são necessários alguns bilhões de anos de resfriamento antes que um disco ordenado possa se formar.

Mas simulações modernas de formação de estruturas galácticas feitas em supercomputadores (baseadas nas leis físicas conhecidas) já indicaram que o gás já frio, fluindo através de filamentos da rede de matéria escura, e assim evitando as colisões, permite a formação de galáxias massivas em tempos muito mais curtos do que no cenário de colisão. Só faltava encontrar um exemplo disso.

Usando o Alma, os astrônomos observaram a luz de um quasar passando através de uma região rica em hidrogênio. E havia algo mais: a luminosidade de um lado se apresentou como compactada, ou com desvio para o azul (isso acontece quando algo está se movendo em nossa direção), enquanto a luz do outro lado estava esticada, ou com desvio para o vermelho (ou seja, se afastando-se de nós). Para os pesquisadores estava claro: um disco giratório de 12,5 bilhões de anos.

Disco Wolfe como visto pelo Alma e pelo Hubble. Imagens: ESO/NAOJ/NRAO e NASA/ESA

Usando esse método, uma galáxia só será detectável pela absorção da luz se houver um alinhamento casual entre a Terra, a galáxia e o quasar. “O fato de termos encontrado o Wolfe Disk usando essa metodologia nos diz que ele pertence à uma população normal de galáxias presentes nos primeiros tempos”, disse Neeleman.

“Quando calculamos que ela está girando, percebemos que as galáxias com um disco rotativo não são tão raras no universo inicial quanto pensávamos, e que dever haver muito mais por aí”, completa o astrônomo.

Via: ScienceAlert