O Telescópio Espacial James Webb da NASA (JWST), que pode detectar luz extremamente fraca e distante, possibilitou essa descoberta. Com sua poderosa visão infravermelha, os pesquisadores Rashi Jain e Yogesh Wadadekar observaram um sistema que se parece muito com a Via Láctea, mesmo tendo se formado quando o Universo tinha aproximadamente um décimo de sua idade atual. Eles nomearam a galáxia de Alaknanda, inspirados por um rio himalaio que é um dos dois principais afluentes do Ganges, ao lado do Mandakini, um nome que também é a palavra em hindi para Via Láctea.

Esse trabalho foi realizado no Centro Nacional de Astrofísica de Rádio do Instituto Tata de Pesquisa Fundamental (NCRA-TIFR) em Pune, na Índia, e os resultados foram publicados na revista europeia Astronomy & Astrophysics.

Por que essa galáxia não deveria existir tão cedo

Astrônomos normalmente esperam que galáxias antigas tenham uma aparência caótica e irregular, em vez de estruturada e estável. Galáxias espirais clássicas com dois braços bem definidos (conhecidas como espirais de “design grandioso”) são consideradas necessárias para levar vários bilhões de anos para se desenvolver completamente. A formação de uma galáxia desse tipo envolve uma lenta e constante acreção de gás, o assentamento desse gás em um disco rotativo e o surgimento de ondas de densidade que moldam os braços espirais. Além disso, o sistema deve evitar colisões maiores que poderiam desestabilizar ou destruir sua estrutura delicada.

Alaknanda não se encaixa nesse padrão de forma alguma. Ela já exibe dois braços proeminentes e amplos que circundam um bulbo central brilhante, estendendo-se por cerca de 30.000 anos-luz. Ela também está formando estrelas a um ritmo excepcional, criando a massa equivalente a cerca de 60 sóis a cada ano. Essa taxa é cerca de 20 vezes mais rápida do que a da Via Láctea atualmente. Aproximadamente metade das estrelas em Alaknanda parecem ter se formado em apenas 200 milhões de anos, um período extremamente curto em escalas cósmicas.

“Alaknanda tem a maturidade estrutural que associamos a galáxias que são bilhões de anos mais velhas”, diz Rashi Jain. “Encontrar um disco espiral tão bem organizado nessa época nos diz que os processos físicos que impulsionam a formação de galáxias – acreção de gás, assentamento do disco e possivelmente o desenvolvimento de ondas de densidade espirais – podem operar de forma muito mais eficiente do que os modelos atuais preveem. Isso nos força a repensar nossa estrutura teórica.”

Como a Lente Gravitacional Ajudou a Revelar Alaknanda

Alaknanda aparece na direção de um aglomerado de galáxias massivas conhecido como Abell 2744, ou Aglomerado de Pandora. A gravidade do aglomerado curva e amplifica a luz das galáxias que estão por trás dele, um efeito chamado de lente gravitacional. Essa ampliação natural fez com que Alaknanda parecesse cerca de duas vezes mais brilhante, proporcionando ao JWST uma visão mais clara de sua estrutura espiral.

Para estudar a galáxia em profundidade, Jain e Wadadekar analisaram imagens do JWST tiradas através de até 21 filtros diferentes, cada um capturando uma parte distinta de sua luz. Essas observações, parte das pesquisas UNCOVER e MegaScience do JWST, permitiram que os pesquisadores determinassem a distância da galáxia, a quantidade de poeira que ela contém, quantas estrelas ela formou e como sua taxa de formação estelar mudou ao longo do tempo com uma precisão incomum.

Um Universo que Cresceu Mais Rápido do que Esperado

O JWST já revelou várias galáxias de disco surpreendentemente maduras a grandes distâncias, mas Alaknanda se destaca como um dos exemplos mais claros de uma espiral clássica de design grandioso (uma galáxia com dois braços bem definidos e simétricos). Sua existência adiciona evidências crescentes de que o início do Universo era muito mais avançado do que os cientistas pensavam.

“Alaknanda revela que o início do Universo era capaz de uma montagem de galáxias muito mais rápida do que antecipamos”, diz Yogesh Wadadekar. “De alguma forma, essa galáxia conseguiu reunir dez bilhões de massas solares de estrelas e organizá-las em um belo disco espiral em apenas algumas centenas de milhões de anos. Isso é extraordinariamente rápido em padrões cósmicos e obriga os astrônomos a repensar como as galáxias se formam.”

Os pesquisadores agora querem entender o que criou os braços espirais de Alaknanda. Uma ideia é que fluxos constantes de gás frio permitiram que ondas de densidade moldassem naturalmente os braços. Outra possibilidade é que uma galáxia companheira menor passou perto o suficiente para desencadear o padrão espiral, embora tais espirais de maré geralmente desapareçam rapidamente. Observações de acompanhamento usando os instrumentos espectroscópicos do JWST ou o Atacama Large Millimeter Array (ALMA) no Chile poderiam revelar se o disco gira de forma suave (dinamicamente “fria”) ou se mostra sinais de turbulência (dinamicamente “quente”), fornecendo pistas sobre sua formação.

O que essa descoberta significa para a compreensão da história cósmica

Alaknanda é mais do que uma imagem impressionante do passado distante. Sua presença obriga os astrônomos a reavaliar a linha do tempo da evolução cósmica, incluindo como estrelas, galáxias e, finalmente, planetas como a Terra surgiram. Se galáxias puderam se organizar tão rapidamente, então o Universo primordial era um ambiente muito mais ativo e produtivo do que se supunha anteriormente, potencialmente permitindo que sistemas planetários surgissem mais cedo do que o esperado.

À medida que o JWST continua a explorar mais fundo no espaço e no tempo, mais galáxias como Alaknanda provavelmente serão encontradas, cada uma oferecendo novos insights sobre como rapidamente o early Universe construiu estruturas complexas.

A existência de Alaknanda reforça a ideia de que o jovem Universo era capaz de formar sistemas estáveis dominados por discos muito antes do que os cientistas acreditavam, tornando-a uma das galáxias espirais de design grandioso mais distantes já identificadas.