James Webb desafia a idade conhecida do Universo

Lançado em 2021, o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA vem trazendo revelações impressionantes sobre o Universo. Este instrumento avançado – o mais poderoso alguma vez enviado para o espaço – permite-nos observar galáxias formadas apenas 200 a 500 milhões de anos após o Big Bang, oferecendo uma espécie de “janela de tempo” que nos permite ver o cosmos como era em sua juventude.

No entanto, estas observações estão a colocar sérios desafios à nossa compreensão atual da idade e da formação do Universo, ao ponto de nos perguntarmos se o cosmos tem realmente a vida útil que estimamos hoje.

Ao examinar imagens e analisar espectros de galáxias remotas capturadas por Webb, os cientistas notaram que muitas delas são extremamente brilhantes, o que, de acordo com nosso modelo cosmológico, indica a presença de um grande número de estrelas e buracos negros em rápido desenvolvimento.

Isto é surpreendente porque, de acordo com o conhecimento atual, estas galáxias formaram-se numa altura muito próxima do Big Bang, quando não deveria ter havido tempo suficiente para se desenvolverem neste nível de complexidade. O brilho destas galáxias indicaria, em teoria, que a formação de estrelas e o crescimento de buracos negros ocorreram muito mais rapidamente do que o esperado.

Dados do Telescópio James Webb solicitam revisão do modelo cosmológico

Em um artigo publicado no site A conversao astrônomo Sandro Tacchella, professor assistente de Astrofísica da Universidade de Cambridge, na Inglaterra, explica que a cosmologia moderna se baseia em ΛModelo CDM. Este modelo integra três componentes principais: matéria comum (aquilo que podemos ver nas galáxias e estrelas), matéria escura e energia escura.

Representando cerca de 68% do conteúdo cósmico total, a energia escura, em particular, é um fenómeno ainda pouco compreendido que ajuda a explicar porque é que o Universo continua a expandir-se a um ritmo acelerado.

Observações anteriores, como a radiação cósmica de fundo em micro-ondas e a forma como as galáxias estão distribuídas, apoiam o modelo ΛCDM, consolidando a teoria do Big Bang quente para explicar a origem do cosmos. No entanto, os dados do JWST estão a revelar galáxias tão distantes e desenvolvidas que alguns cientistas consideram a necessidade de rever o nosso modelo cosmológico ou mesmo reavaliar a idade do Universo.

Em teoria, galáxias muito distantes deveriam mostrar um “desvio para o vermelho” (desvio para o vermelho) maior, o que acontece porque a luz é esticada devido à expansão do Universo. Galáxias que surgiram 200 a 500 milhões de anos após o Big Bang têm valores de desvio para o vermelho entre 10 e 15.

No entanto, o número e o brilho destes objetos observados pelo JWST sugerem que, pouco depois do Big Bang, a formação de estrelas e o desenvolvimento de buracos negros ocorreram a um ritmo explosivo, o que é inesperado e difícil de acomodar no modelo ΛCDM.

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O que pode explicar as observações do Universo primordial?

Os cientistas estão considerando várias hipóteses para explicar estas observações. Uma delas é que o gás nas primeiras galáxias se converteu em estrelas com muito maior eficiência do que em tempos mais recentes, o que aceleraria a evolução destas estruturas. Outra possibilidade é a opinião de galáxias, como explosões de supernovas e intensa atividade de buracos negros, que podem impulsionar e dificultar a formação de estrelas em seus estágios iniciais. Alguns investigadores sugerem que a física da formação de galáxias pode ser diferente nessas fases iniciais, o que poderia mudar a forma como modelamos a evolução cósmica.

Uma proposta mais ousada é que a “energia escura primitiva” – uma forma temporária de energia cosmológica presente pouco depois do Big Bang – pode ter alterado a distribuição de matéria e energia no Universo primordial.

Isto significaria uma mudança no espectro de potência da matéria, o que ajudaria a explicar as discrepâncias atuais entre as estimativas da idade do Universo com base na expansão observada e nas propriedades da radiação cósmica de fundo (CMB). Um estudo publicado em 2023 sugere que, para acomodar as descobertas do JWST, a idade do Universo precisaria de ser prolongada em milhares de milhões de anos, o que afetaria a cronologia da formação das galáxias.

Porém, antes de mudar o modelo cosmológico, é necessário compreender melhor os processos que influenciam o brilho e a taxa de formação estelar das galáxias.

Uma das galáxias mais distantes já identificadas, JADES-GS-z14-0, revela que muitas destas galáxias têm características variadas: algumas têm buracos negros activos e outras albergam estrelas jovens e ligeiramente poeirentas, factores que podem aumentar o seu brilho. Como estas galáxias são difíceis de observar e requerem longos tempos de exposição, o número de galáxias analisadas com espectroscopia ainda é pequeno, tornando difícil tirar uma conclusão sólida.

Outra abordagem envolve o estudo de galáxias em tempos cósmicos posteriores, um a dois mil milhões de anos após o Big Bang. Durante estes períodos, as condições de formação estelar eram mais conhecidas e permitiram que o JWST fosse usado para traçar uma linha de comparação.

Assim, em vez de considerar as primeiras galáxias observadas como “destruidoras de universos”, como algumas afirmações têm sugerido, o foco está em compreender se estas descobertas apontam para uma evolução natural mais rápida ou se realmente requerem ajustes nos fundamentos cosmológicos.

As revelações do JWST levantam uma questão intrigante: estamos prontos para rever as estimativas da idade do Universo ou estamos apenas a começar a decifrar a complexa história da sua formação inicial?