Mistério resolvido? Galáxias anãs podem ter acendido o universo na Época da Reionização!

Astrônomos descobriram que galáxias pequenas e pouco luminosas, ainda pouco observadas, podem ter sido as principais responsáveis pelo processo conhecido como Época da Reionização (EoR) — um dos eventos mais importantes na história do universo.

A Época da Reionização marca a transição do universo escuro para o universo luminoso e transparente que observamos hoje. Ela influenciou a formação de galáxias, o crescimento de buracos negros e a estrutura em larga escala do cosmos.

Após o Big Bang, o universo passou por várias fases, a Recombinação, a formação das estrelas e galáxias e a Época de Reionização.

A Recombinação, ocorreu cerca de 380 mil anos após o Big Bang. Foi a fase em que os elétrons e prótons se combinaram formando átomos de hidrogênio neutro. O universo ficou escuro e opaco à radiação ionizante: essa era é chamada de Idade das Trevas Cósmica.

Depois disso, ocorreu a formação das primeiras fontes de luz (estrelas e galáxias). Elas começaram a emitir radiação ultravioleta (LyC) que ionizava o hidrogênio neutro no meio intergaláctico.

O gás neutro foi gradualmente reionizado, ou seja, os átomos de hidrogênio perderam seus elétrons devido à radiação das primeiras galáxias, dando início à Época da Reionização, cerca de 400 milhões a 1 bilhão de anos após o Big Bang. Devido a esse processo, o universo tornou-se transparente à luz ultravioleta novamente.

Antes da reionização, o meio intergaláctico era neutro, denso e opaco à radiação de alta energia. Depois da reionização, o meio passou a ser ionizado, permitindo que a luz de objetos distantes viajasse livremente até nós. Entender a EoR é essencial para entendermos como a luz viaja pelo universo e como conseguimos observar objetos distantes com telescópios como o JWST.

O artigo, New insight on the nature of cosmic reionizers from the CEERS survey publicado na revista Astronomy & Astrophysics, analisa galáxias muito antigas (z = 6 a 9) observadas pelo telescópio espacial James Webb para tentar entender indiretamente quanto de radiação ionizante elas liberam (fesc). Isso ajuda a determinar o papel dessas galáxias na reionização do universo.

Utilizando dados do Telescópio Espacial James Webb (JWST) para analisar as propriedades físicas e espectroscópicas de galáxias distantes, o estudo concluiu que as galáxias de baixa massa e luminosidade desempenharam um papel crucial na reionização do universo. Apesar de sua fraca luminosidade, sua alta eficiência na produção de fótons ionizantes e sua abundância numérica compensam sua baixa emissão individual. Isso sugere que a reionização foi impulsionada por uma população numerosa de galáxias pequenas e jovens, em vez de poucas galáxias massivas.

Além disso, a dificuldade em detectar diretamente a fração de escape de fótons ionizantes (f_esc) durante a EoR devido à opacidade do meio intergaláctico levou os pesquisadores a desenvolverem indicadores indiretos baseados em propriedades observáveis, como a inclinação do espectro UV (β) e a compactação das galáxias. Essas abordagens permitem estimar o f_esc e compreender melhor o papel das galáxias na reionização.

REFERÊNCIAS

Atek et al. (2023). The James Webb Space Telescope reveals the central role of low-mass galaxies in the reionization process of the Universe. Sorbonne Université. Disponível em: http://sorbonne-universite.fr

Endsley et al. (2022). A JWST/NIRCam Study of Key Contributors to Reionization: The Star-forming and Ionizing Properties of UV-faint z~7-8 Galaxies. arXiv:2208.14999. Disponível em: https://arxiv.org/abs/2208.14999

Llerena et al. (2024). Physical properties of extreme emission-line galaxies at z ∼ 4–9 from the JWST CEERS survey. Astronomy & Astrophysics. Disponível em: https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2024/11/aa49904-24/aa49904-24.html

Mascia et al. (2024). New insight on the nature of cosmic reionizers from the CEERS survey. Astronomy & Astrophysics. Disponível em: https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2024/05/aa47884-23/aa47884-23.html