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Pouco tempo depois do Big Bang, as primeiras gerações de estrelas começaram a alterar a composição química das galáxias primitivas, enriquecendo lentamente o meio interestelar com elementos básicos como oxigénio, carbono e nitrogénio. Encontrar os primeiros vestígios desses elementos comuns, iria lançar, uma nova luz sobre a evolução química das galáxias, incluindo a nossa.

Novas observações efetuadas com o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, também conhecido por ALMA, revelaram uma assinatura fraca de oxigénio, vinda de uma galáxia a uma distância recorde de 13,28 mil milhões de anos-luz da Terra, o que significa que estamos a observar esse objeto, tal e qual como ele apareceu quando o universo tinha apenas 500 milhões de anos, ou menos de 4% da sua idade atual.

Para que uma jovem galáxia, conhecida como MACS1149-JD1, contenha vestígios detectáveis de oxigénio, ela deve ter começado a criar estrelas ainda mais cedo: apenas 250 milhões de anos após o Big Bang. Isto é excepcionalmente cedo na história do universo e sugere que ambientes ricos em químicos evoluíram rapidamente.

“Fiquei emocionado ao ver o sinal do oxigénio mais distante”, explica Takuya Hashimoto, principal autor do estudo publicado na revista Nature e investigador na Universidade Osaka Sangyo e do Observatório Astronómico Nacional do Japão.

“Esta galáxia extremamente distante e extremamente jovem tem uma notável maturidade química”, afirmou Wei Zheng, astrónomo da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, que liderou a descoberta desta galáxia com o Telescópio Espacial Hubble e estimou a sua distância. Wei Zheng também é membro da equipa de pesquisa do ALMA. “É verdadeiramente notável que o ALMA tenha detetado uma linha de emissão, a impressão digital de um elemento em particular e a uma tal distância recorde.”

Após o Big Bang, a composição química do universo foi totalmente limitada com o desaparecimento de diversos elementos como o oxigénio. Seriam necessárias várias gerações de nascimento de estrelas e supernovas para semear o jovem cosmos com quantidades detetáveis de oxigénio, carbono e outros elementos criados nos corações das estrelas.

Depois desses átomos de oxigénio serem libertados das supernovas, iram entrar no espaço interestrelar.  Lá esses átomos seriam super aquecidos e ficariam ionizados pela luz e radiação de estrelas massivas. Esses átomos quentes e ionizados iriam “brilhar” intensamente na luz infravermelha. À medida que essa luz percorria as vastas distâncias cósmicas até a Terra, ela iria expandir-se pelo universo, acabando por se transformar na distinta luz de milímetro que o ALMA foi especificamente desenvolvido para detectar e estudar.

Ao medir a precisa alteração do comprimento dessa onda de luz, a equipa determinou que este sinal revelador de oxigénio teria viajado 13,28 biliões de anos-luz para chegar até nós, tornando-se a assinatura mais distante de oxigénio, já detectado por qualquer telescópio.

A equipa reconstruiu então a história da formação de estrelas na galáxia usando dados infravermelhos obtidos com o Telescópio Espacial Hubble da NASA / ESA e o Telescópio Espacial Spitzer. O brilho observado da galáxia terá sido explicada por um modelo, que concluiu que o início da formação das estrelas foi há mais de 250 milhões de anos atrás. O modelo indicou que a formação das estrelas tornou-se inativa, após as primeiras estrelas se terem inflamado. Em seguida, terá sido revivido na época das observações ALMA: 500 milhões de anos após o Big Bang.

Os astrónomos sugerem que a primeira explosão da formação estelar levou o gás para longe da galáxia, o que viria suprimir a formação das estrelas durante algum tempo.  O  voltou então para a galáxia, conduzindo a uma segunda explosão na formação da estrela.  As estrelas massivas recém-nascidas na segunda explosão ionizaram o oxigénio entre elas (são essas emissões que foram detetadas com o ALMA).

O ALMA  já estabeleceu o recorde do oxigénio mais distante várias vezes.  Em 2016, Akio Inoue, da Universidade Osaka Sangyo e os seus colegas encontraram o sinal de oxigénio a 13,1 biliões de anos-luz de distância com o ALMA.  Vários meses depois, Nicolas Laporte, da Universidade e colégio de Londres , usou o ALMA para detectar oxigénio a 13,2 biliões de anos-luz de distância. Agora, as duas equipas juntaram-se e alcançaram esse novo recorde juntas. I

“Com esta descoberta, conseguimos alcançar a primeira fase da história da formação de estrelas cósmicas”, disse Hashimoto. “Estamos ansiosos para encontrar oxigénio, em partes ainda mais distantes do universo e expandir o horizonte do conhecimento humano.”

Esta pesquisa foi apresentada num artigo do jornal Nature.

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