Inaf, uma galáxia fóssil descoberta a 3 bilhões de anos-luz de distância. Um cientista napolitano lidera a pesquisa

Graças a observações de altíssima resolução feitas com o Grande Telescópio Binocular no Arizona, uma equipe liderada pelo Instituto Nacional de Astrofísica (INAF) confirmou a existência de uma galáxia que permaneceu praticamente inalterada por cerca de sete bilhões de anos: um verdadeiro fóssil cósmico que nos permite estudar a formação das primeiras galáxias na história do universo.

Ao longo da história do cosmos, as galáxias tendem a crescer e evoluir por meio de fusões com outras galáxias. Mas existem exemplos raros que se comportam como uma cápsula do tempo: essas galáxias, chamadas fósseis ou relíquias, formaram-se muito rapidamente nos estágios iniciais do universo, produzindo quase todas as suas estrelas em menos de três bilhões de anos após o Big Bang, e permaneceram praticamente intactas desde então. Observações mostram que elas são densas e compactas, povoadas por estrelas ricas em elementos pesados ​​e sem quaisquer sinais de formação estelar em andamento.

Um novo estudo observou a galáxia relíquia mais distante já descoberta: um fóssil cósmico, inalterado por cerca de 7 bilhões de anos. Chama-se KiDS J0842+0059 e é a primeira galáxia fóssil massiva confirmada fora do universo local, por meio de observações espectroscópicas e imagens de alta resolução.

A descoberta, feita por uma equipe internacional de pesquisadores liderada pelo Instituto Nacional de Astrofísica (INAF), foi possível graças ao Grande Telescópio Binocular (LBT), um telescópio operado pela Itália, Alemanha e Estados Unidos no cume do Monte Graham, no Arizona. Os resultados foram publicados na edição de julho da revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

“Descobrimos uma galáxia que foi 'perfeitamente preservada' por bilhões de anos, um verdadeiro achado arqueológico que nos conta como as primeiras galáxias nasceram e nos ajuda a entender como o universo evoluiu até hoje”, explica Crescenzo Tortora, pesquisador do Observatório Astronômico INAF-Capodimonte e primeiro autor do trabalho. “As galáxias fósseis são como os dinossauros do universo: estudá-las nos permite entender as condições ambientais em que se formaram e como as galáxias mais massivas que vemos hoje evoluíram.”

A galáxia, que observamos como era há cerca de três bilhões de anos, foi inicialmente identificada em 2018 dentro do projeto KiDS (Kilo Degree Survey), um levantamento público do Observatório Europeu do Sul (ESO) realizado pelo telescópio italiano VST (VLT Survey Telescope), localizado no Observatório do Paranal, no Chile. As imagens KiDS forneceram uma estimativa da massa e do tamanho da galáxia, cujas propriedades foram posteriormente caracterizadas por meio de observações com o instrumento X-Shooter no Very Large Telescope do ESO, também no Chile. Todas as suas características pareciam indicar que se tratava de uma galáxia fóssil: desde sua massa estelar, equivalente a cerca de cem bilhões de massas solares, até sua ausência de formação estelar durante a maior parte de sua vida, e suas dimensões, mais compactas que as de galáxias com a mesma massa estelar.

No entanto, algumas incertezas permaneceram quanto ao tamanho e à estrutura da galáxia. Para confirmar a compactação da galáxia, novas observações feitas com o Grande Telescópio Binocular (LBT) foram cruciais, capazes de obter imagens muito mais nítidas graças ao sistema de óptica adaptativa SOUL, que compensa em tempo real os efeitos da turbulência atmosférica. As observações da galáxia KiDS J0842+0059 coletadas com o LBT têm um grau de detalhe dez vezes maior do que os dados do levantamento KiDS: são as imagens mais detalhadas de uma galáxia relíquia a esta distância e nos permitem estudar sua forma e tamanho como nunca antes.

“Os dados do Grande Telescópio Binocular nos permitiram confirmar que KiDS J0842+0059 é de fato compacta e, portanto, uma verdadeira galáxia relíquia, com um formato semelhante ao de NGC 1277 e das galáxias compactas que observamos no Universo primordial”, explica a coautora Chiara Spiniello, pesquisadora da Universidade de Oxford, associada do INAF e investigadora principal do projeto INSPIRE, que contribuiu para a caracterização das propriedades desta galáxia. Até agora, NGC 1277 era um dos poucos protótipos confirmados desta rara classe de galáxias. “Esta é a primeira vez que conseguimos fazer isso com dados de tão alta resolução para uma galáxia relíquia tão distante.”

A existência de galáxias relíquias massivas como KiDS J0842+0059 ou NGC 1277 demonstra que algumas galáxias podem se formar rapidamente, permanecer compactas e então permanecer dormentes por bilhões de anos, escapando do crescimento que a maioria de suas contrapartes experimentou por meio de fusões com outras galáxias.

“O estudo desses fósseis cósmicos nos ajuda a reconstruir a história da formação dos núcleos das galáxias massivas atuais, que — diferentemente das galáxias relíquias — passaram por processos de fusão, acretando matéria precisamente ao redor daquelas primeiras galáxias (compactas) das quais se originaram”, conclui Tortora. “Com tecnologias de ponta, como a óptica adaptativa, e o apoio de telescópios como o LBT, podemos aprimorar nossa compreensão desse tipo de galáxia. Além disso, em um futuro próximo, daremos um passo à frente, buscando, confirmando e estudando novas galáxias relíquias por meio dos dados de qualidade e resolução únicos do telescópio espacial Euclid.”