JWST revela estrelas de baixa massa escondidas em galáxias do Universo jovem

Uma distribuição com muito mais estrelas pequenas

A função inicial de massa, ou IMF, descreve quantas estrelas se formam em cada faixa de massa. Uma IMF dominada por estrelas de baixa massa, também chamada de bottom-heavy, contém uma proporção maior de estrelas pequenas do que a distribuição normalmente usada nas estimativas baseadas na Via Láctea.

Os pesquisadores encontraram evidências desse padrão nas nove galáxias analisadas. Estrelas de baixa massa são fracas e podem permanecer praticamente escondidas em observações comuns. Como vivem por períodos muito longos, porém, acumulam uma quantidade significativa de massa. Se os astrônomos calcularem a massa de uma galáxia distante usando uma IMF semelhante à da Via Láctea quando a distribuição real é mais concentrada em estrelas pequenas, o resultado subestimará a massa total em estrelas.

As duas galáxias mais antigas ficam três a quatro vezes mais massivas

O impacto é especialmente forte nos dois objetos mais antigos da amostra. Eles são considerados descendentes diretos das galáxias maduras e surpreendentemente precoces observadas pelo JWST. Quando a IMF dominada por estrelas de baixa massa é incorporada aos cálculos, as massas estelares estimadas aumentam por um fator de três a quatro.

Não se trata de uma pequena correção. A mudança altera a quantidade de matéria que os modelos de formação de galáxias precisam reunir em um intervalo curto da história cósmica. Uma das populações estelares antigas provavelmente se formou menos de 1,5 bilhão de anos depois do Big Bang. Seu ancestral, portanto, pode ter precisado formar uma massa estelar ainda maior — e em menos tempo — do que as estimativas anteriores indicavam.

Por que o resultado agrava o problema das galáxias precoces

O JWST já havia encontrado galáxias massivas e evoluídas em épocas surpreendentemente antigas. Um exemplo é a galáxia quiescente GS-9209, confirmada por espectroscopia em um desvio para o vermelho de 4,658, quando o Universo tinha cerca de 1,25 bilhão de anos. A análise estimou uma massa estelar de aproximadamente 3,8 × 10^10 massas solares, com base nas premissas adotadas naquele estudo.

O novo resultado não mede diretamente a função inicial de massa de galáxias dos primeiros centenas de milhões de anos após o Big Bang. Ele mostra, em uma época posterior, por volta de um desvio para o vermelho de 0,7, que alguns descendentes de galáxias muito precoces têm mais estrelas de baixa massa do que o esperado. Aplicar essa conclusão às primeiras galáxias observadas pelo JWST é, portanto, uma inferência — não uma medição direta da IMF nesses objetos.

Se o mesmo padrão de formação de estrelas pequenas também existia quando essas galáxias antigas se formaram, suas massas estelares reais podem ser substancialmente maiores que as estimativas iniciais. Isso aumentaria a pressão sobre os modelos de formação galáctica, que já precisam explicar como galáxias maduras surgiram tão cedo e, agora, talvez tenham reunido ainda mais massa do que se imaginava.

Mais estrelas pequenas podem significar mais planetas?

Estrelas de baixa massa têm vida longa e podem hospedar sistemas planetários. Se uma formação estelar dominada por essas estrelas era comum no Universo jovem, pode ter surgido uma quantidade maior de potenciais estrelas hospedeiras do que as estimativas baseadas em uma IMF semelhante à da Via Láctea sugerem. Com isso, também poderia aumentar o número estimado de sistemas planetários formados nas primeiras eras cósmicas.

Essa possibilidade ainda é especulativa. O estudo mediu populações estelares, não planetas nem taxas de formação planetária. O resultado altera o número potencial de estrelas pequenas disponíveis como hospedeiras, mas não mostra com que frequência elas formaram planetas — muito menos se esses mundos poderiam ser habitáveis.

O que será investigado a seguir

O próximo passo é aplicar a mesma estratégia a galáxias com desvios para o vermelho progressivamente maiores. Ao combinar espectros muito profundos em uma faixa ampla de comprimentos de onda no referencial da galáxia, os pesquisadores poderão verificar se o excesso de estrelas de baixa massa persiste à medida que observam épocas mais próximas do surgimento das primeiras estrelas. Em desvios para o vermelho suficientemente altos, as características sensíveis à IMF são deslocadas para o infravermelho, uma faixa que o JWST consegue observar.

Essas medições ajudarão a esclarecer se a IMF dominada por estrelas pequenas é uma característica específica das galáxias massivas e quiescentes estudadas até agora, uma propriedade mais ampla da formação estelar no Universo jovem ou um padrão que muda com o tempo cósmico e com o ambiente.