Usando dois dos mais poderosos telescópios do mundo, o ALMA e o VLT, uma equipa internacional de astrofísicos concluiu que as primeiras estrelas nasceram quando o Universo era muito jovem: tinham decorrido só 250 milhões de anos desde o Big Bang. Esta conclusão vem ao encontro do resultado de uma outra equipa, de Março deste ano, que, tendo chegado lá por outras voltas, apontava o nascimento das primeiras estrelas ao fim de apenas 180 milhões de anos após o Big Bang. Até há pouco tempo, pensava-se que isto tinha acontecido quando o Universo tinha 550 milhões de anos.

Usando dois dos mais poderosos telescópios do mundo, o ALMA e o VLT, uma equipa internacional de astrofísicos concluiu que as primeiras estrelas nasceram quando o Universo era muito jovem: tinham decorrido só 250 milhões de anos desde o Big Bang. Esta conclusão vem ao encontro do resultado de uma outra equipa, de Março deste ano, que, tendo chegado lá por outras voltas, apontava o nascimento das primeiras estrelas ao fim de apenas 180 milhões de anos após o Big Bang. Até há pouco tempo, pensava-se que isto tinha acontecido quando o Universo tinha 550 milhões de anos.

Concentremo-nos agora nos últimos resultados, anunciados por uma equipa liderada pela Universidade de Sangyo em Osaka (Japão), e pelo University College de Londres (Reino Unido). Da parte japonesa, o grupo de Takuya Hashimoto e Akio Inoue, utilizou o maior radiotelescópio do mundo, o ALMA, a sigla de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, um projecto repartido pela Europa (através do Observatório Europeu do Sul, ou ESO), pelos Estados Unidos, Canadá, Taiwan e Japão para escutar a radiação milimétrica e submilimétrica, situada entre as ondas rádio e o infravermelho.

Instalado no deserto de Atacama, no Chile, o ALMA virou as antenas para uma galáxia muito longínqua, a MACS1149-JD1, o que significa olhar para trás no tempo do Universo, e detectou um “brilho” muito ténue emitido por oxigénio ionizado (que perdeu ou ganhou electrões). Esses átomos de oxigénio, que foram aquecidos e ionizados pela radiação ultravioleta de estrelas muito maciças, emitem bastante radiação infravermelha.

À medida que essa radiação infravermelha emitida pelo oxigénio ionizado viajou pelo espaço, percorrendo distâncias incríveis até chegar à Terra, foi sendo “esticada” pelo Universo que se encontra em expansão desde o Big Bang. Acabou por mudar para uma radiação milimétrica, que é precisamente a luz que o supertelescópio ALMA detecta e que permitiu confirmar a distância a que está a galáxia MACS1149-JD1.

Para se perceber quão distante esta galáxia se encontra de nós, basta dizer que o sinal do brilho do oxigénio que chegou à Terra foi emitido há 13.300 milhões de anos. Ora como o Big Bang aconteceu há cerca de 13.800 milhões de anos, significa que esse sinal foi emitido quando o Universo tinha apenas 500 milhões de anos. O que faz deste oxigénio o mais distante alguma vez detectado no Universo, sublinha-se num comunicado do ESO.

E como o oxigénio é um sinal claro de que já houve gerações anteriores de estrelas nesta galáxia, a sua presença permite tirar outras ilações. Nos três primeiros minutos após o Big Bang, foram criados o hidrogénio e hélio e alguns vestígios de lítio e berílio. Os outros elementos químicos, como o oxigénio que respiramos ou o cálcio dos nossos ossos, foram todos cozinhados nas estrelas.

Quando o fim da vida de uma estrela se aproxima, seja pequena ou grande, ela já consumiu todo o seu hidrogénio em reacções de fusão nuclear, transformando-o em hélio, e nas fases finais produz uma sucessão de elementos químicos mais pesados, como carbono e oxigénio. É nas estrelas supermaciças (não é o caso da nossa) que é criada a maioria dos elementos pesados, desde o oxigénio até ao ferro, passando pelo sódio, o potássio e o cálcio. Elementos ainda mais pesados, como o chumbo, ouro e urânio, são sintetizados já durante a explosão dessas estrelas supermaciças em supernovas.

Sabendo-se já tudo isto sobre as estrelas, significa que durante um tempo depois do Big Bang não havia oxigénio no Universo. Este elemento foi criado em processos de fusão nas primeiras estrelas e, quando elas morreram, foi lançado no espaço. “A detecção de oxigénio na MACS1149-JD1 indica que gerações anteriores de estrelas já se tinham formado e expelido oxigénio apenas 500 milhões de anos após o início do Universo”, frisa o comunicado.

Por sua vez, Nicolas Laporte, do University College, confirmou a distância a que se encontra a galáxia em questão, através da detecção de um sinal, também muito fraco, emitido por hidrogénio, desta vez graças a observações no Very Large Telescope (VLT), um telescópio do ESO igualmente no deserto do Atacama. É assim a galáxia mais distante observada com medições rigorosas da sua distância, refere o comunicado.

Estes resultados sobre a história do Universo vêm esta quinta-feira na revista científica Nature.

À procura das nossas origens cósmicas

“É uma descoberta muito entusiasmante, uma vez que estamos a ver esta galáxia quando o Universo tinha apenas 500 milhões de anos de idade e, no entanto, ela já tinha uma população de estrelas bastante madura. Por isso, podemos usá-la para investigar um período ainda mais precoce, e completamente desconhecido, da história cósmica”, explica Nicolas Laporte, citado num comunicado da sua universidade. “A maturidade da população estelar da MACS1149-JD1 implica que as estrelas estavam a formar-se numa altura ainda mais precoce [do Universo], para lá do que actualmente conseguimos ver com os nossos telescópios. O que é entusiasmante para determinar a ‘alvorada cósmica’, em que emergiram as primeiras galáxias”, acrescentou o investigador, agora num comunicado do Observatório Nacional Radioastronomia dos EUA.

“Esta galáxia extremamente distante e jovem tem uma maturidade química extraordinária. É verdadeiramente extraordinário que o ALMA tenha detectado uma linha espectral de emissão – a impressão digital de cada elemento – a uma tal distância recorde”, sublinha outro elemento da equipa, Wei Zheng, da Universidade Johns Hopkins, nos EUA.

A partir daqui, a questão era: quando é que as gerações anteriores de estrelas começaram então a formar-se na galáxia alvo das atenções? Partindo de observações dos telescópios espaciais Hubble e Spitzer, a equipa reconstituiu os tempos iniciais desta galáxia, concluindo que o seu brilho pode ser explicado se a formação de estrelas começou quando o Universo tinha só 250 milhões de anos.

Em Março, também na Nature, uma equipa coordenada pelo astrofísico Judd Bowman, da Universidade Estadual do Arizona (EUA), já tinha apresentado resultados apoiados noutro tipo de observações astronómicas. Com uma pequena antena instalada numa zona remota da Austrália (no Observatório de Radioastronomia de Murchison), este grupo esteve anos a detectar a radiação cósmica de fundo, que é a luz de quando o Universo tinha apenas 380 mil anos. É a luz antiga que conseguimos ver e um eco do Big Bang, estando espalhada por todo o lado e chegando-nos hoje na forma de radiação microondas (ondas rádio). Ao analisarem a “assinatura” (alterações) deixada pelas primeiras estrelas na radiação cósmica de fundo, este grupo concluiu que as primeiras estrelas se tinham acendido quando o Universo tinha 180 milhões de anos.

Tenha sido há 180 milhões de anos ou 250 milhões, está-se agora mais perto de saber quando o Universo saiu da escuridão, deixando para trás a “era das trevas”, e as primeiras estrelas o iluminaram.

“Determinar quando ocorreu a alvorada cósmica é semelhante na cosmologia e formação de galáxias a descobrir o Santo Graal”, diz Richard Ellis, do University College e outro autor do último trabalho, referindo que a MACS1149-JD1 permitiu ver mais longe no Universo. “Há um optimismo renovado de que estamos cada vez mais perto de testemunhar directamente o nascimento das estrelas. Como somos todos feitos de material estelar processado, isto significa descobrirmos as nossas próprias origens cósmicas.”