Na sua infância, o universo passou por uma crise de identidade.
Nas primeiras centenas de milhões de anos, o vasto gás cósmico entre Galáxias Principalmente um assunto legal e denso. Mas então, pareceu acordar e decidir ficar todo aquecido e confuso.
Esta estranha mudança é uma pista importante de como o universo começou As primeiras galáxias Explodiu para moldar tudo o que vemos hoje. O universo primitivo, então apenas um sussurro Big BangCom algumas centenas de milhões de anos – foi quando as primeiras estrelas e galáxias começaram a brilhar como luzes de fadas na escuridão cósmica.
O combustível para esta produção massiva: nuvens gigantes de gás, principalmente hidrogénio. Os astrónomos sempre suspeitaram que estas galáxias bebés estavam ocupadas, mas novas observações O Telescópio Espacial James Webb Eles nos mostram que as coisas são mais brilhantes e maiores do que nossos sonhos mais loucos. São como encontrar adolescentes sentados numa turma do jardim de infância antes do crescimento esperado.
Esta precocidade cósmica significa que os nossos modelos atuais de como as galáxias se formam podem exigir um sério ajuste. Achávamos que tínhamos um bom controle sobre como o gás cai matéria escura O halo esfria e depois acende Estrelas. Mas os dados do JWST sugerem um frenesi de formação de estrelas mais agressivo e mais rápido naqueles primeiros dias. Surge a questão: como é que estas jovens galáxias geriram um negócio em tão rápido crescimento?
Para desvendar este mistério, Umberto Maio do INAF-Instituto Nacional Italiano de Astrofísica e do Instituto de Física Fundamental do Universo está a trabalhar em conjunto com Céline Péroux. Observatório Europeu do SulEle decidiu mergulhar no universo virtual. Eles criaram simulações de computador incrivelmente detalhadas, uma espécie de máquina do tempo cósmica chamada COLD SIM, para voltar no tempo e ver como o gás se comportou nos primeiros bilhões de anos após o Big Bang. Seu objetivo era fazer previsões sobre o início do universo Orçamento Bariano — É uma planilha contábil para todas as coisas “normais”, compostas de estrelas e planetas, e onde elas vão parar.
O que eles descobriram foi um universo em fluxo. Antes de um momento chave chamado era da reionização – Quando universo Finalmente transparente à luz UV – o gás estava realmente muito frio. Esse é o ambiente perfeito e denso para a formação de estrelas. Mas quando a formação estelar realmente decolou e a luz ultravioleta extrema começou a circular, as coisas mudaram. As simulações mostraram que o gás transitou rapidamente, dominado pela fase quente e menos densa. É como se o universo tivesse passado de uma manhã tranquila e fresca para uma tarde movimentada e ensolarada, com novas estrelas e radiação aquecendo as coisas.
Esta não é uma pequena mudança de temperatura. Isto mudou fundamentalmente o ritmo da evolução galáctica. As engenhosas simulações da equipa traçaram a viagem de vários gases, evitando cuidadosamente os atalhos habituais nos modelos que muitas vezes levam a respostas ambíguas. Eles descobriram algumas coisas reveladoras sobre como essas galáxias bebês se mantêm unidas.
Para começar, a fração da receita estrelada era surpreendentemente baixa. Esta é a quantidade de material que as estrelas ejetam de volta para o gás circundante Quando eles morremBasicamente reciclando combustível para estrelas da próxima geração. No universo primitivo, as estrelas parecem ter sido menos eficientes nesta reciclagem. Uma pequena quantidade de material estelar antigo é devolvida ao gás, o que significa que novas estrelas frequentemente se formam a partir de gás fresco e primitivo. teia cósmica. É como um canteiro de obras que continua fornecendo novos materiais em vez de reaproveitá-los de edifícios demolidos.
Mas mesmo com baixa reciclagem, estas galáxias queimam o seu gás a um ritmo surpreendente. Maio e Péroux descobriram que os tempos de desaceleração são incrivelmente curtos – o tempo que uma galáxia leva para converter todo o seu gás em estrelas à taxa atual. Muito menos do que vemos nas galáxias hoje. Isto significa que as primeiras galáxias eram verdadeiras máquinas formadoras de estrelas, sugando gás e cuspindo estrelas furiosamente. Ele pinta um quadro de galáxias bebês passando por momentos difíceis, produzindo furiosamente cada pedaço de gás disponível para formar estrelas.
Então, por que tudo isso? Porque reescreve parte da nossa história de origem cósmica. As nossas previsões iniciais para estas galáxias primitivas, baseadas em observações de galáxias posteriores e mais maduras, não capturaram esta imagem dinâmica e em rápida evolução. Acontece que você não pode simplesmente pegar o que sabe sobre galáxias de meia-idade e aplicá-lo à sua juventude dinâmica. Os processos físicos, desde a dinâmica dos gases até o feedback interestelar, são muito diferentes quando o próprio universo é muito jovem e compacto.
É claro que esta história de detetive cósmica está longe de terminar. As simulações numéricas são poderosas, mas sempre enfrentam a complexidade do universo. Modelando tudo, desde a estrutura complexa e multifásica do gás até os poderosos ventos soprados por estrelas massivas e Buracos negros É um grande desafio. Ainda existem grandes incertezas, como a função exata da massa inicial das estrelas (quantas estrelas massivas nascem versus estrelas pequenas) e a quantidade precisa de “metais” necessários para iniciar o resfriamento. Nossos modelos ainda têm muito espaço para crescer.
Mas a boa notícia é que estamos munidos de ferramentas ainda mais poderosas. O Telescópio Espacial James Webb nos fornece imagens cada vez mais nítidas dessas galáxias antigas e distantes. A próxima geração de radiotelescópios está chegando ao pipeline pedido de quilômetro quadrado (SKA), que nos permitirá observar mais profundamente os reservatórios de gás frio destas primeiras galáxias. Estes novos olhos voltados para o céu dar-nos-ão os dados críticos do mundo real de que necessitamos para testar estas novas previsões teóricas, ajudando-nos a refinar os nossos modelos e a pintar uma imagem mais clara do início confuso, mas belo, do Universo.
A jornada para entender como o universo se formou, uma galáxia por vez, ainda se desenrola diante de nós.
