Durante muito tempo, os cientistas pensaram que apenas galáxias de formação de estrelas ativamente deveriam ser observadas no universo muito inicial. O Telescópio espacial de James Webb agora revela que as galáxias pararam de formar estrelas mais cedo do que o esperado. Uma descoberta recente de uma equipe internacional, liderada por astrônomos da Universidade de Genebra (Unige), aprofunda a tensão entre modelos teóricos de evolução cósmica e observações reais. Entre centenas de espectros obtidos com os rubis do programa Webb, a equipe encontrou uma galáxia recorde que já havia parado de formar estrelas durante uma época em que as galáxias normalmente estão crescendo muito rapidamente. Este estudo é publicado no Jornal astrofísico.
No universo inicial, um típico galáxia acreta o gás do meio intergaláctico circundante e transforma esse gás em estrelas. Esse processo aumenta sua massa, levando a acreção de gás ainda mais eficiente e formação de estrelas acelerada. No entanto, as galáxias não crescem indefinidamente, devido a um processo os astrônomos chamados de “extinção”.
No universo local, cerca de metade das galáxias observadas parou de formar estrelas – elas saciaram e deixaram de crescer. Os astrônomos se referem a eles como galáxias inativas, extintas ou “vermelhas e mortas”. Eles parecem vermelhos porque não contêm mais estrelas azuis jovens e brilhantes – apenas estrelas vermelhas mais antigas e menores permanecem.
Uma fração particularmente alta de galáxias quiescentes é encontrada entre galáxias maciças, que geralmente se observam como tendo morfologias elípticas. Normalmente, leva muito tempo para formar galáxias vermelhas e mortas, porque elas devem primeiro criar um grande número de estrelas antes que o processo de formação em estrelas finalmente deslige. Ainda é um grande quebra -cabeça o que realmente causa a queima nas galáxias. “Encontrar os primeiros exemplos de galáxias massivas quiescentes (MQGs) no universo inicial é fundamental, pois esclarece seus possíveis mecanismos de formação”, diz Pascal Oesch, professor associado do Departamento de Astronomia do Unige Facutly of Science e co-autor do artigo. A busca por tais sistemas é, portanto, um dos principais objetivos dos astrônomos há anos.
Observações em desacordo com as expectativas teóricas
Com o avanço da tecnologia, particularmente a espectroscopia do infravermelho próximo, os astrônomos confirmaram galáxias massivas que não foram cada vez mais tempos cósmicos cada vez mais anteriores. Sua abundância inferida tem sido um desafio para se reconciliar com modelos teóricos de formação de galáxias, que prevêem que esses sistemas devem levar mais tempo para se formar. Com o Telescópio Espacial de James Webb (JWST), essa tensão foi levada a um desvio para o vermelho de 5 (1,2 bilhão de anos após o Big Bang), onde vários MQGs foram confirmados nos últimos anos. O novo estudo liderado por Unige revela que essas galáxias se formaram ainda mais cedo e mais rapidamente do que se pensava anteriormente.
No Ciclo 2 do JWST, os rubis do programa ampla (The Red Inecks: Brilhante Pesquisa Extragaláctica Infravermelha), um dos maiores programas liderados pela Europa para pesquisa extragaláctica usando o instrumento NIRSpec, obteve observações espectroscópicas de vários milhares de galáxias, incluindo centenas de fontes recentes de fontes precoces de JW Imaging Imaging Data.
Um recorde do Galáxia “Dead”
Entre esses novos espectros, os cientistas identificaram o MQG mais distante encontrado até o momento, com um desvio para o vermelho espectroscópico de 7,29, apenas ~ 700 milhões de anos após o Big Bang. O espectro NirSpec/Prism revela uma população estelar surpreendentemente antiga em um universo tão jovem. A modelagem detalhada dos dados de espectro e imagem mostra que a galáxia formou uma massa estelar de mais de 10 bilhões de massas solares nos primeiros 600 milhões de anos após o big bang, antes de interromper rapidamente a formação de estrelas, confirmando assim sua natureza quieta.
“A descoberta desta galáxia, chamada Rubies-uds-QG-Z7, implica que galáxias inativas massivas nos primeiros bilhões de anos do universo são mais de 100 vezes mais abundantes do que o previsto por qualquer modelo até o momento”, diz Andrea Weibel, estudante de PHD no departamento de astronomia da faculdade de Science Of First Autora do primeiro autor. Isso, por sua vez, sugere que os principais fatores nos modelos teóricos (por exemplo, os efeitos dos ventos estelares e a força das saídas alimentadas pela formação de estrelas e os enormes buracos negros) podem precisar ser revisitados. As galáxias morreram muito mais cedo do que esses modelos podem prever.
Insights sobre os núcleos de galáxias gigantes
Finalmente, o pequeno tamanho físico dos rubis-uds-qg-z7, medido em apenas ~ 650 anos-luz, implica uma alta densidade de massa estelar comparável às densidades centrais mais altas observadas em galáxias inativas em desvios vermelhos ligeiramente mais baixos (z ~ 2-5). É provável que essas galáxias evoluam para os núcleos das galáxias elípticas mais antigas e massivas do universo local. “A descoberta de rubis-ud-qg-z7 fornece as primeiras evidências fortes de que os centros de alguns elípticos maciços próximos já estejam em vigor desde as primeiras centenas de milhões de anos do universo”, conclui Anna de Graaff, o Principal Investigator of the Rubies, PostDoctoral Researcherl no Max Plant-The Plant Institute para o Instituto de Astronomia no Instituto de Astronys in Auditels Instituto para o Instituto de Astronys para o Maix Plant para o Plant, para o Instituto de Astronys, no PostDowerg.