Quando olhamos para a Via Láctea, imaginamos uma gigantesca estrutura espiral formada por centenas de bilhões de estrelas. Mas, se pudéssemos voltar aos primeiros momentos de sua história, talvez não encontrássemos nada parecido. Uma nova simulação computacional está permitindo investigar como galáxias semelhantes à nossa começaram a surgir. E o cenário apresentado pelos pesquisadores está longe de ser organizado: o nascimento dessas estruturas pode ter sido muito mais turbulento do que sua aparência atual sugere.
Antes de existir uma grande galáxia, havia milhares de pequenas estruturas
A reconstrução faz parte do projeto MEGATRON, que utiliza simulações computacionais de alta resolução para investigar a formação das primeiras galáxias.
Os pesquisadores acompanharam uma região do Universo destinada a se transformar, bilhões de anos depois, em uma galáxia com massa semelhante à da Via Láctea.
A simulação começa aproximadamente 180 milhões de anos após o Big Bang e acompanha cerca de dois bilhões de anos de evolução cósmica.
Nesse intervalo, o que aparece não é uma galáxia gigantesca crescendo de maneira tranquila.
O cenário é formado por milhares de pequenos sistemas, cada um seguindo uma trajetória diferente.
Alguns produziam estrelas intensamente, transformando grandes quantidades de gás em novos astros. Outros continham principalmente gás, com pouca ou nenhuma formação estelar ativa.
Havia também estruturas que já tinham passado por episódios de intensa atividade e estavam praticamente apagadas, podendo abrigar remanescentes estelares, como estrelas mortas e buracos negros.
Ao longo do tempo, esses pequenos sistemas interagiam gravitacionalmente, trocavam material e se fundiam.
Cada encontro contribuía para construir estruturas maiores.
O resultado sugere que galáxias como a Via Láctea não surgiram prontas, mas foram montadas gradualmente a partir de inúmeras peças menores.
E existe uma maneira de verificar se essa reconstrução faz sentido: comparar suas previsões com aquilo que os telescópios realmente observam.
O telescópio James Webb está ajudando a testar esse cenário
O MEGATRON não acompanha apenas o movimento da matéria.
O modelo incorpora processos físicos como gravidade, formação de estrelas, evolução química, radiação e comportamento do gás, permitindo representar diferentes fases do desenvolvimento galáctico.
Os pesquisadores também produziram mais de 175 mil espectros simulados de galáxias primitivas.
Esses espectros representam características da luz que os objetos poderiam emitir e permitem comparações com observações reais realizadas pelo Telescópio Espacial James Webb.
Segundo a equipe, boa parte da diversidade espectral identificada pelo Webb no Universo primitivo aparece naturalmente nas simulações.
Isso é importante porque as primeiras galáxias não parecem ter seguido um único padrão de evolução.
Algumas passaram por explosões de formação estelar, enquanto outras permaneceram relativamente inativas.
Fusões entre pequenos sistemas e instabilidades gravitacionais também podiam desencadear períodos de produção acelerada de estrelas.
A simulação mostra, portanto, um Universo jovem extremamente dinâmico, no qual estruturas surgiam, mudavam de aparência e se combinavam continuamente.
Mas um dos resultados mais interessantes envolve algo que não pode ser visto diretamente nas imagens: a composição química das primeiras galáxias.
As primeiras estrelas podem ter deixado uma assinatura química que ainda conseguimos detectar
Astrônomos conhecem uma relação importante entre o tamanho das galáxias e sua composição química.
Em geral, sistemas menores apresentam quantidades mais baixas de elementos pesados, como o ferro.
Entretanto, em algumas galáxias anãs extremamente pequenas, essa relação parece deixar de diminuir e formar uma espécie de patamar.
O MEGATRON oferece uma possível explicação.
Segundo a simulação, parte desse comportamento pode estar relacionada às estrelas de População III, consideradas a primeira geração de estrelas do Universo.
Esses astros teriam surgido a partir de material primordial, praticamente sem elementos mais pesados que hidrogênio e hélio.
Algumas estrelas muito massivas poderiam terminar suas vidas em supernovas por instabilidade de pares, explosões capazes de espalhar grandes quantidades de elementos químicos pelo ambiente.
Parte desse material teria permanecido em pequenos halos gravitacionais, enriquecendo o gás utilizado por gerações posteriores de estrelas.
O modelo reproduziu uma abundância média de ferro próxima de [Fe/H] = -2,5 em sistemas com menos de aproximadamente 100 mil massas solares em estrelas, compatível com tendências observadas em certas galáxias anãs atuais.
Isso não significa que os pesquisadores tenham reconstruído exatamente o passado da Via Láctea.
A simulação representa uma galáxia semelhante à nossa dentro do modelo cosmológico atual, e não uma reprodução definitiva de sua história individual.
Ainda assim, oferece uma imagem detalhada de como grandes galáxias podem surgir.
A Via Láctea que conhecemos hoje, com sua imensa estrutura espiral, pode ser o resultado de bilhões de anos de encontros, colisões e fusões entre milhares de pequenos sistemas.
O que hoje parece uma estrutura organizada talvez tenha começado como uma multidão de galáxias primitivas disputando espaço, gás e matéria em um Universo ainda muito jovem.
