78: Astrónomos descobrem a galáxia quimicamente mais primitiva do Universo jovem

Posted on 5 dias ago by astronomia

Uma equipa internacional de astrónomos utilizou o Telescópio Espacial James Webb (JWST) e um fenómeno natural conhecido como lente gravitacional para obter uma caracterização definitiva de LAP1-B, uma galáxia ultra-fraca com 13 mil milhões de anos.

Aprofundando as detecções iniciais, este novo estudo revelou uma abundância extremamente baixa de oxigénio – apenas 1/240 da do Sol, um recorde. Este estado quimicamente primitivo, aliado a uma elevada proporção carbono-oxigénio e a um halo dominante de matéria escura, sugere que LAP1-B é a tão procurada “antecessora” das misteriosas galáxias fósseis encontradas hoje perto da nossa Via Láctea.

Revelando a natureza da galáxia ultra-fraca LAP1-B através de uma gigantesca “lente gravitacional”. Uma imagem a três cores criada a partir de dados obtidos com o instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do Telescópio Espacial James Webb (JWST). Como as estrelas desta galáxia são extremamente fracas e poucas em número, a galáxia é invisível na imagem de fundo captada pelo NIRCam, mas outro instrumento, o NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), conseguiu detetar assinaturas químicas. Uma visualização (não uma imagem real) dos dados de velocidade e distribuição do NIRSpec é apresentada na inserção para o oxigénio (verde) e dois estados de excitação diferentes do hidrogénio (azul e vermelho).
Crédito: NASA, ESA, CSA e K. Nakajima et al., Nature

Logo após o Big Bang, o Universo continha apenas elementos leves, como hidrogénio e hélio. Os elementos mais pesados, como o oxigénio e o carbono, foram forjados muito mais tarde no interior das primeiras estrelas. Durante décadas, os astrónomos tentaram encontrar o momento em que estas “estrelas de primeira geração” começaram a espalhar elementos mais pesados pelo cosmos. No entanto, as galáxias mais antigas que albergam essas estrelas jovens e primordiais são tão pequenas e ténues que observar a sua composição química era praticamente impossível – até agora.

Uma equipa de investigação liderada por Kimihiko Nakajima, da Universidade de Kanazawa, e que inclui Masami Ouchi, do NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan) e da Universidade de Tóquio, centrou-se numa minúscula galáxia ultra-fraca denominada LAP1-B. A sua luz foi ampliada 100 vezes por um fenómeno chamado “lente gravitacional”, em que a gravidade de um enorme enxame de galáxias atua como uma gigante e natural lente de telescópio no espaço. Ao observar esta manchinha durante mais de 30 horas com o JWST, a equipa determinou que a abundância de oxigénio da galáxia é aproximadamente 1/240 da do Sol.

“Fiquei imediatamente entusiasmado com a extrema falta de oxigénio”, diz Nakajima. “Encontrar uma galáxia num estado tão primitivo é surpreendente. É uma assinatura química que indica claramente uma galáxia primordial captada nos momentos logo após a sua formação”.

Para além da sua natureza primitiva, a galáxia apresenta um elevado rácio de abundância carbono-oxigénio. Esta relação única de elementos está em estreita conformidade com as previsões teóricas do material disperso pelas explosões das primeiras estrelas do Universo.

A equipa também descobriu que LAP1-B é incrivelmente leve – menos de 3300 vezes a massa do Sol -, o que sugere que a maior parte da galáxia consiste de matéria escura invisível. Esta característica, juntamente com a sua composição química única, torna-a uma correspondência quase perfeita para as “galáxias anãs ultra-fracas” encontradas hoje perto da nossa Via Láctea, que são extremamente ténues, pequenas e contêm muito poucas estrelas.

“As galáxias anãs ultra-fracas não são apenas as galáxias mais ténues; são compostas por estrelas antigas com mais de 12 mil milhões de anos e são frequentemente descritas como ‘fósseis do Universo'”, explica Ouchi. “Os astrónomos suspeitavam que pudessem ser os vestígios das primeiras galáxias do Universo devido à ausência de elementos pesados, mas nunca tiveram uma ligação directa – até encontrarmos LAP1-B”.

Ouchi continua: “É uma grande surpresa descobrir que LAP1-B se parece exactamente com a ‘antecessora’ que apenas tínhamos imaginado nas teorias. Isto ajuda-nos a resolver o mistério de por que razão estes fósseis cósmicos sobreviveram na sua forma actual até aos dias de hoje”.

Esta descoberta estabelece uma nova forma de mapear o nascimento dos elementos e a formação das estruturas mais antigas do Universo. No futuro, a equipa planeia utilizar o Webb para procurar objectos ainda mais primitivos, com o objectivo de encontrar as primeiras galáxias alguma vez formadas.

// NAOJ (comunicado de imprensa)
// Universidade de Kanazawa (comunicado de imprensa)
// ICRR, Universidade de Tóquio (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv)

CCVALG
19.05.2026

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published in: 5 dias ago

77: Nuvem Interestelar Local deixa a sua marca na Terra

Posted on 5 dias ago by astronomia

O nosso Sistema Solar está actualmente a atravessar a Nuvem Interestelar Local, uma região de gás e poeira altamente diluídos entre as estrelas. Ao longo do seu percurso, a Terra acumula continuamente ferro-60, um raro isótopo radioactivo de ferro produzido em explosões estelares. Esta descoberta foi agora confirmada por uma equipa de investigação internacional liderada pelo HZDR (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf), através da análise de gelo antárctico com dezenas de milhares de anos.

A partir do fluxo constante, mas variável no tempo, os investigadores concluíram que o isótopo radioactivo tem estado armazenado na nuvem desde uma explosão estelar ocorrida há muito tempo. Os resultados foram publicados na revista Physical Review Letters.

Trajectória do Sistema Solar através da Nuvem Interestelar Local. O perfil da nuvem fica preservado como uma “impressão digital” interestelar no gelo da Antárctida.
Crédito: B. Schröder/HZDR/NASA/Goddard/Adler/Universidade de Chicago/Wesleyan

O ferro-60 forma-se no interior de estrelas massivas e é ejectado para o espaço quando estas explodem. Os registos geológicos mostram que o nosso Sistema Solar foi atingido duas vezes por ferro-60 proveniente de super-novas há milhões de anos. No entanto, em tempos mais recentes, não houve explosões estelares nas proximidades – e, portanto, nenhum fornecimento directo de ferro-60. Quando os cientistas, há alguns anos, descobriram ferro-60 na neve à superfície da Antárctida, neve esta com menos de vinte anos, surgiu a questão da sua origem.

“A nossa ideia é que a Nuvem Interestelar Local contém ferro-60 e pode armazená-lo durante longos períodos. À medida que o Sistema Solar se move através da nuvem, a Terra poderia recolher este material. No entanto, não conseguimos provar isto na altura”, explica o Dr. Dominik Koll, do IIM (Institute of Ion Beam Physics and Materials Research) do HZDR.

Nos últimos anos, a equipa liderada por Koll e pelo professor Anton Wallner analisou amostras adicionais, incluindo sedimentos do fundo do mar com até 30.000 anos. Também se encontrou ferro-60 nessas amostras, mas continuavam a existir teorias concorrentes.

As novas amostras de gelo da Antárctida datam de há 40.000 a 80.000 anos. A sua análise deixa agora claro: a Nuvem Interestelar Local é a fonte provável. “Isto significa que as nuvens que rodeiam o Sistema Solar estão ligadas a uma explosão estelar. E, pela primeira vez, isto dá-nos a oportunidade de investigar a origem destas nuvens”, afirma Koll.

A Nuvem Interestelar Local armazena ferro-60 proveniente de explosões estelares

O nosso Sistema Solar entrou na Nuvem Interestelar Local há várias dezenas de milhares de anos e irá sair dela novamente dentro de alguns milhares de anos. Actualmente, estamos localizados perto da sua orla.

Para o seu estudo, os investigadores analisaram um núcleo de gelo do período em torno da entrada suspeita na nuvem. O AWI (Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research) forneceu uma amostra do EPICA (European Project for Ice Coring in Antárctica). A comparação do teor de ferro-60 com amostras anteriores de águas profundas e de neve revelou que, há 40.000 a 80.000 anos atrás, chegou à Terra menos ferro-60 do que hoje e em épocas mais recentes. “Isto sugere que anteriormente estávamos num meio com menor teor de ferro-60, ou que a própria nuvem apresenta fortes variações de densidade”, explica Koll.

O sinal do ferro-60 varia, assim, ao longo de apenas algumas dezenas de milhares de anos – um ritmo notavelmente veloz em escalas cósmicas de tempo. Com esta constatação, os investigadores conseguiram descartar explicações alternativas para a origem do fluxo de ferro-60, tais como o enfraquecimento gradual de explosões estelares com milhões de anos.

Em busca de vestígios no gelo antárctico

Para as medições, a equipa transportou cerca de 300 kg de gelo do AWI, em Bremerhaven, para Dresden (cidades na Alemanha), onde foi processado quimicamente – um procedimento demorado que, no final, deixou apenas algumas centenas de miligramas de poeira. Passo a passo, isolaram o ferro-60, tomando muito cuidado para evitar perdas em todas as etapas.

No laboratório DREAMS (DREsden Accelerator Mass Spectrometry) do HZDR, verificaram, assim, a amostra após a preparação química utilizando dois outros radio-isótopos: o berílio-10 e o alumínio-26. As concentrações esperadas destes isótopos no gelo são bem conhecidas. Qualquer perda de ferro-60 teria sido também acompanhada por uma redução nas suas quantidades. A equipa conseguiu excluir essa possibilidade.

Encontrando uma agulha num palheiro

Para a medição final, a equipa utilizou a HIAF (Heavy Ion Accelerator Facility) da Universidade Nacional Australiana – actualmente a única instalação no mundo capaz de detectar quantidades tão minúsculas de ferro-60. Recorrendo a filtros eléctricos e magnéticos, separaram os átomos indesejados de acordo com a sua massa, até que restassem apenas alguns átomos de ferro-60 dos 10 biliões iniciais.

“É como procurar uma agulha em 50.000 estádios de futebol cheios até ao teto de feno. A máquina encontra a agulha numa hora”, explica Annabel Rolofs, da Universidade de Bona.

“Através de muitos anos de colaboração com colegas internacionais, desenvolvemos um método extremamente sensível que agora nos permite detectar, nos arquivos geológicos actuais, a assinatura clara de explosões cósmicas que ocorreram há milhões de anos”, resume Wallner.

A equipa já está a planear novas medições. O objectivo é analisar um núcleo de gelo ainda mais antigo, datado de antes de o Sistema Solar ter entrado na Nuvem Interestelar Local. O AWI é um parceiro fundamental no projecto BEOI (Beyond EPICA – Oldest Ice), que visa recuperar núcleos de gelo com essa idade.

// HZDR (comunicado de imprensa)
// AWI (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Physical Review Letters)

CCVALG
19.05.2026

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