Uma “sombra” projetada sobre o fraco brilho remanescente do Big Bang revelou um objeto gigante no Universo primordial que desafia nossas previsões sobre a evolução cósmica.
Trata-se do aglomerado de galáxias chamado SPT2349-56. Observado apenas 1,4 bilhão de anos após o Big Bang, o gás contido nele está muito, muito mais quente do que deveria. O aquecimento gravitacional em um aglomerado de galáxias é um processo lento, que leva bilhões de anos para alcançar as temperaturas registradas em SPT2349-56.
“Não esperávamos ver uma atmosfera de aglomerado tão quente tão cedo na história do cosmos”, afirma Dazhi Zhou, estudante de doutorado em astrofísica na Universidade da Colúmbia Britânica, no Canadá.
“Na verdade, a princípio eu fiquei cético quanto ao sinal, pois era forte demais para ser real. Mas após meses de verificação, confirmamos que esse gás está pelo menos cinco vezes mais quente do que o previsto e até mais quente e energético do que o que encontramos em muitos aglomerados atuais.”
SPT2349-56 foi detectado pela primeira vez em 2010, durante observações do Telescópio do Pólo Sul, na Antártica, e sinais iniciais sugeriam sua natureza incomum. Observações complementares, publicadas em 2018, confirmaram que o objeto era um aglomerado com mais de 30 galáxias, formando estrelas a uma taxa mil vezes maior que a Via Láctea e em rota de colisão.
Considerando que essa intensa atividade acontecia no início do Universo, há cerca de 12,4 bilhões de anos, os astrônomos acreditam que esse fenômeno pode revelar pistas importantes sobre a evolução das galáxias em um momento crítico do cosmos.
Liderados por Zhou, uma equipe internacional utilizou o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para estudar o fundo cósmico de micro-ondas (CMB) – o brilho uniforme e tênue que ainda preenche o Universo, relicto da época em que o cosmos esfriou o suficiente para permitir a livre passagem da luz.
O objetivo era detectar uma distorção chamada sinal Sunyaev-Zeldovich, causada pela interação entre elétrons do gás quente entre as galáxias do aglomerado e os fótons do CMB. Como o CMB é muito homogêneo, essas “sombras” criam um contraste detectável e mensurável.
Um aglomerado de galáxias é uma região do espaço onde a gravidade intensifica, puxando as galáxias umas em direção às outras. Essa força atua sobre o gás dentro do aglomerado – conhecido como meio intraclustérico – comprimindo-o e acelerando-o, o que aumenta sua energia.
SPT2349-56 é um exemplo extremo tanto em tamanho quanto na taxa de formação estelar e medições anteriores já haviam revelado grande quantidade de gás molecular entre suas galáxias. Zhou e colaboradores examinaram esse gás de perto para entender melhor as dinâmicas internas do aglomerado.
“Compreender os aglomerados de galáxias é fundamental para entender as maiores galáxias do Universo”, comenta o astrofísico Scott Chapman, da Universidade Dalhousie, ex-membro do Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá.
“Essas galáxias massivas geralmente residem em aglomerados, e sua evolução é bastante influenciada pelo ambiente extremamente forte desses aglomerados durante sua formação, incluindo o meio intraclustérico.”
O sinal Sunyaev-Zeldovich detectado pelo ALMA não foi apenas claro, mas extremamente intenso. A análise revelou uma forte assinatura térmica de elétrons quentes, com temperaturas superiores a 10 milhões de Kelvin. Embora os pesquisadores esperassem detectar um meio intraclustérico aquecido precocemente, essa descoberta superou todas as expectativas.
De acordo com os modelos existentes, não há como a gravidade sozinha gerar essa quantidade de calor nesse estágio inicial do cosmos, apontando para possíveis revisões em nosso entendimento da física dos aglomerados galácticos.