Liderada por pesquisadores da Universidade de Cambridge, a equipe examinou mais de 250 galáxias jovens que existiam quando o universo tinha entre 800 milhões e 1,5 bilhões de anos. Ao rastrear o movimento do gás dentro desses sistemas, descobriram que a maioria era altamente instável, repleta de aglomerados de gás e estrelas, em vez de discos suaves e rotativos como os vistos em galáxias maduras como a Via Láctea.

Da Caos Cósmico à Ordem

Os resultados, publicados na Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, sugerem que as galáxias fizeram uma transição lenta de estruturas caóticas para estáveis à medida que o universo evoluiu. Durante os estágios iniciais da história cósmica, a intensa formação de estrelas e as forças gravitacionais agitaram o gás de tal forma que muitas galáxias tiveram dificuldade em se estabelecer em uma rotação estável.

“Não vemos apenas alguns casos extraordinários – esta é a primeira vez que conseguimos observar toda uma população de uma vez,” disse a primeira autora Lola Danhaive do Instituto Kavli de Cosmologia de Cambridge. “Encontramos uma variação enorme: algumas galáxias estão começando a se estabelecer em rotação ordenada, mas a maioria ainda é caótica, com gás expandido e se movendo em todas as direções.”

Para investigar essas galáxias distantes, os pesquisadores utilizaram o instrumento NIRCam do JWST em um modo “grism” especializado que registra a luz tênue do gás hidrogênio ionizado. Danhaive desenvolveu um novo software para decodificar os dados complexos, ligando-os a imagens de outras pesquisas do JWST para rastrear como o gás estava se movendo dentro de cada galáxia.

“Resultados anteriores sugeriram que grandes discos bem ordenados estavam se formando muito cedo, o que não se encaixava em nossos modelos,” disse o coautor Dr. Sandro Tacchella do Instituto Kavli e do Laboratório Cavendish. “Mas ao observar centenas de galáxias com massas estelares menores em vez de apenas uma ou duas, vemos o quadro maior, e isso está muito mais alinhado com a teoria. Galáxias iniciais eram mais turbulentas, menos estáveis e cresceram através de fusões frequentes e explosões de formação estelar.”

Conectando Eras Cósmicas

“Este trabalho ajuda a preencher a lacuna entre a época da reionização e o chamado meio cósmico, quando a formação estelar atingiu seu pico,” disse Danhaive, que também é afiliada ao Laboratório Cavendish. “Ele mostra como os blocos de construção das galáxias gradualmente passaram de aglomerados caóticos para estruturas ordenadas, e como galáxias como a Via Láctea se formaram.”

O estudo destaca como o JWST está permitindo que os astrônomos estudem a dinâmica das galáxias em um nível de detalhe sem precedentes. Pesquisas futuras irão combinar essas descobertas com observações de gás e poeira frios para criar uma compreensão mais completa de como as primeiras galáxias do universo se reuniram.

“Isto é apenas o começo,” disse Tacchella. “Com mais dados, poderemos rastrear como esses sistemas turbulentos cresceram e se tornaram as espirais graciosas que vemos hoje.”

A pesquisa foi apoiada pela Royal Society, pela União Europeia e pelo Conselho de Ciência e Tecnologia (STFC), parte da UK Research and Innovation (UKRI). O JWST é uma colaboração internacional entre a NASA, a ESA e a Agência Espacial Canadense (CSA). Os dados foram coletados por meio da Pesquisa Avançada de Galáxias Extragalácticas do JWST (JADES). Sandro Tacchella é Fellow do St Edmund’s College, em Cambridge, e Lola Danhaive é estudante de PhD no Centro de Treinamento de Doutorado (CDT) em Ciências Intensivas de Dados.