Como o Universo pôde formar estruturas tão densas e extremamente quentes apenas 1,4 bilhões de anos após o Big Bang? Essa questão surge com a recente descoberta de um aglomerado de galáxias que desafia nosso conhecimento sobre a evolução cósmica, apresentando características inesperadas para sua idade.
Astrônomos usando a rede ALMA no Chile identificaram um aglomerado chamado SPT2349-56, observado em uma época em que o Universo ainda era jovem. Esse aglomerado reúne mais de 30 galáxias em um volume compacto, semelhante ao tamanho do halo da nossa Via Láctea. Sua densidade e calor incomuns chamaram a atenção da comunidade científica.
Uma impressão artística do aglomerado de galáxias no Universo muito jovem. Ele contém cerca de 30 galáxias, três das quais com buracos negros supermassivos, e está preenchido com um gás extremamente quente.
Crédito: Lingxiao Yuan. A principal surpresa vem da temperatura do gás que preenche o aglomerado, chamado meio intra-aglomerado. Esse gás é pelo menos cinco vezes mais quente do que as previsões teóricas, atingindo níveis que superam os observados em muitos aglomerados atuais. Dazhi Zhou, autor principal do estudo, expressou seu espanto com esse calor precoce, que indica uma evolução mais rápida do que o esperado.
Para medir essa temperatura, os pesquisadores recorreram ao efeito Sunyaev-Zeldovich. Esse fenômeno permite detectar como os fótons do fundo difuso cósmico, o brilho residual do Big Bang, interagem com os elétrons do meio intra-aglomerado. Quanto mais quente o gás, mais energia os elétrons transferem para os fótons, deixando uma assinatura observável nos dados astronômicos.
Outros aglomerados precoces, como z660D ou A2744z7p9OD, foram descobertos em épocas ainda mais antigas. No entanto, eles são classificados como protoaglomerados, pois ainda não estão gravitacionalmente ligados de forma estável. Diferentemente deles, SPT2349-56 já apresenta uma atmosfera superaquecida, o que mostra que sua evolução foi acelerada, desafiando os modelos estabelecidos.
Além disso, a formação de estrelas dentro desse aglomerado é extremamente intensa. As galáxias membro produzem estrelas a um ritmo cinco mil vezes superior ao da nossa Via Láctea. Essa atividade frenética, aliada à presença de buracos negros supermassivos, pode contribuir para o calor incomum observado no meio intra-aglomerado.
Essa observação abre novas perspectivas sobre a formação e o aquecimento de aglomerados de galáxias. Os astrônomos agora buscam entender as interações entre a formação estelar, os buracos negros e a atmosfera superaquecida. Os resultados foram publicados na revista
Nature, oferecendo um olhar inédito sobre o Universo jovem.
O efeito Sunyaev-Zeldovich
O efeito Sunyaev-Zeldovich é um fenômeno chave em cosmologia para estudar aglomerados de galáxias. Ele ocorre quando os fótons do fundo difuso cósmico, a radiação residual do Big Bang, atravessam o gás quente de um aglomerado. Ao interagir com os elétrons desse gás, os fótons ganham energia, modificando levemente sua frequência.
Essa modificação permite que os astrônomos meçam indiretamente a temperatura do meio intra-aglomerado, sem precisar observar o gás diretamente. O efeito é particularmente útil para detectar aglomerados distantes, pois não depende de sua distância, apenas da densidade e do calor do gás.
Na prática, telescópios como o ALMA ou observatórios dedicados ao fundo difuso cósmico usam esse efeito para mapear a distribuição de aglomerados no Universo. Isso ajuda a entender como as estruturas cósmicas se formaram e evoluíram ao longo do tempo.
A aplicação do efeito Sunyaev-Zeldovich ao SPT2349-56 revelou uma temperatura excepcionalmente elevada, confirmando que esse aglomerado é um caso especial na história cósmica.
Fonte: Nature