Descoberta uma galáxia disco “surpreendentemente grande” no Universo primitivo

Uma equipa internacional descobriu uma galáxia gigante em disco espiral no cosmos primitivo que é três vezes maior do que galáxias semelhantes na mesma época.

Os discos galácticos são estruturas planas e rotativas cheias de estrelas, gás e poeira que orbitam o núcleo central. O Sistema Solar orbita dentro do disco da Via Láctea.

A Universidade de Tecnologia de Swinburne é a única instituição de investigação australiana que está por detrás desta investigação global, publicada na revista Nature Astronomy, sobre as observações do novo Telescópio Espacial James Webb (JWST) e de outros telescópios.

O especialista em modelação espetral de galáxias da Swinburne, Themiya Nanayakkara, fez parte da equipa internacional que planeou as observações do JWST e descobriu esta galáxia excecional.

“Quando e como se formam os discos das galáxias tem sido um grande enigma”, diz. “Ver uma galáxia de disco maciço e bem ordenado quando o Universo tinha apenas 2,4 mil milhões de anos obriga-nos a repensar a rapidez e eficiência com que a natureza pode construir estruturas cósmicas”, acrescenta.

“Esta galáxia não só desafia os nossos modelos existentes de formação inicial, como também sugere que ambientes densos e ricos em gás podem ser o berço dos primeiros gigantes do Universo”, sublinha ainda.

Estas observações foram direcionadas para uma região específica do céu, que alberga um quasar brilhante no redshift z=3,25. A galáxia é vista como era há onze mil milhões de anos, ou seja, dois mil milhões de anos após o Big Bang.

Usando os novos dados da JWST de dois instrumentos a bordo, NIRCam e NIRSpec, o Dr. Nanayakkara e a sua equipa identificaram galáxias no interior desta estrutura demasiado densa e analisaram os seus redshifts, morfologia e cinemática, todos eles necessários para a identificação de discos de galáxias.

“As nossas observações levaram à descoberta por acaso de uma galáxia de disco surpreendentemente grande no nosso campo”, diz ele. “Esta galáxia, apelidada de ‘Big Wheel’, tem um raio ótico de cerca de 10 kpc, o que é pelo menos três vezes maior do que o previsto pelas atuais simulações cosmológicas”, adianta.

Outras análises cinemáticas baseadas nos dados do NIRSpec confirmaram que a galáxia contém um disco que gira a cerca de 300 km/s. É maior do que qualquer outro disco cinemático encontrado em épocas anteriores semelhantes e, no entanto, é comparável ao tamanho dos discos mais maciços de hoje.

Nanayakkara diz que o disco vive num ambiente altamente denso, sugerindo que tal ambiente pode ter condições físicas favoráveis para a formação de discos primitivos.

“Dada a ausência de galáxias comparáveis à Roda Gigante nas atuais simulações cosmológicas, é provável que estas condições físicas favoráveis não sejam ainda totalmente captadas pelos atuais modelos de formação de galáxias. Especificamente, sabe-se que ambientes deste tipo são palco de frequentes encontros de galáxias, fusões e fluxos de gás. Por conseguinte, para que um disco se forme cedo e cresça rapidamente, as fusões de galáxias neste ambiente devem ter sido não destrutivas e orientadas em direções específicas. Em alternativa, os influxos de gás devem ter transportado momento angular que, em grande parte, corotou com o disco de galáxias.”

Estudos anteriores revelaram que o quasar está inserido numa estrutura de grande escala chamada protoaglomerado de galáxias, que tem uma elevada concentração de galáxias, gás e buracos negros, indicando um ambiente excecionalmente denso.

Este estudo abre caminho ao estudo deste ambiente demasiado denso, que continua a ser um território relativamente pouco explorado, diz Nanayakkara.

“Com observações mais direcionadas, poderemos construir uma amostra estatística de discos gigantes no Universo primitivo e abrir uma nova janela para o estudo das fases iniciais da formação de galáxias”, conclui.