COSMOS-z3.1-A mostra como os maiores sistemas de galáxias do Universo começaram a se formar

O COSMOS-z3.1-A é uma visão rara de um proto-superaglomerado: o ancestral de um futuro conjunto de grandes aglomerados de galáxias. Ele foi observado quando o Universo tinha apenas cerca de 2,1 bilhões de anos. Os astrônomos estimam que a estrutura já tenha aproximadamente 5 mil vezes a massa da Via Láctea e que possa evoluir para um sistema mais massivo que o Aglomerado de Coma, um dos maiores aglomerados de galáxias do Universo próximo. Esse destino, porém, é uma projeção baseada na sobredensidade observada e em modelos de crescimento de estruturas — não uma medição direta de sua massa futura. 15

O que foi encontrado

Uma equipe internacional identificou o COSMOS-z3.1-A como o mais distante progenitor conhecido de um superaglomerado de galáxias. Ele é ainda mais incomum que um protoaglomerado individual: trata-se de um complexo em formação que deverá se transformar em uma coleção de grandes aglomerados de galáxias. 7

A estrutura não aparece como uma esfera única e estável de galáxias. Ela é irregular, composta por vários núcleos densos, em uma região extremamente sobredensa onde filamentos da teia cósmica se cruzam. Extensões parecidas com filamentos parecem conectar-se aos núcleos e alimentá-los com matéria. 14

As estimativas dos pesquisadores para a massa de seus descendentes indicam que o COSMOS-z3.1-A e o COSMOS-z3.1-C podem alcançar, no Universo atual, uma massa total superior à do Aglomerado de Coma. O estudo calcula massas descendentes de pelo menos (10^{15,3}) massas solares para esses sistemas extremos. 1

Como a ODIN transformou uma concentração distante em um mapa 3D

A descoberta começou com o levantamento ODIN, que busca protoaglomerados em grandes distâncias usando galáxias emissoras de Lyman-alfa como rastreadores. As observações da ODIN no campo COSMOS usaram imagens de banda estreita obtidas com a Dark Energy Camera (DECam) para localizar concentrações de galáxias no desvio para o vermelho 3,1. 335

Uma concentração projetada no céu, sozinha, não basta para comprovar que as galáxias pertencem a uma mesma estrutura física. Por isso, a equipe acrescentou observações espectroscópicas do Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), do instrumento GMOS, no Gemini South, e do DEIMOS, no Keck II. As medições de desvio para o vermelho permitiram reconstruir a distribuição tridimensional das galáxias e revelar tanto os núcleos densos quanto seu ambiente mais amplo. 135

Esse método também tornou os filamentos visíveis pela distribuição das galáxias rastreadas. O resultado, portanto, não é apenas uma lista de galáxias muito distantes, mas um mapa de um ambiente cósmico de grande escala em desenvolvimento. 1

Por que o achado reforça o crescimento cósmico “de baixo para cima”

A cosmologia moderna descreve a formação de estruturas como um processo hierárquico: concentrações menores de matéria surgem primeiro, depois se fundem e atraem mais material, formando sistemas cada vez maiores. O COSMOS-z3.1-A é compatível com esse cenário porque abriga diversos componentes em formação, inseridos em uma rede de filamentos, em vez de um único aglomerado já maduro. 17

Sua aparente posição nos cruzamentos de filamentos da teia cósmica é relevante. Esses filamentos podem conduzir galáxias e matéria para nós mais densos, ajudando os componentes separados de um proto-superaglomerado a se transformar em um sistema mais massivo ao longo do tempo cósmico. A observação oferece, assim, um exemplo muito precoce da fase intermediária entre protoaglomerados menores e os maiores sistemas de aglomerados vistos nas proximidades do Universo atual. 14

O que isso tem — e não tem — a ver com as “estrelas ocultas” vistas pelo JWST

O COSMOS-z3.1-A trata do crescimento de ambientes de grande escala: regiões ricas em matéria escura, grupos de galáxias, filamentos e protoaglomerados. Já outro resultado, obtido com o Telescópio Espacial James Webb (JWST), diz respeito às populações estelares dentro de galáxias individuais do Universo jovem.

Nesse estudo com o JWST, pesquisadores analisaram nove galáxias massivas antigas e encontraram indícios de uma quantidade muito maior de estrelas fracas e de baixa massa do que se supunha. Como essas estrelas acrescentam massa significativa, mas emitem pouca luz, algumas estimativas de massa estelar podem ser de três a quatro vezes maiores que as anteriores; no caso mais extremo relatado, o aumento se aproximou de um fator quatro. 192027

Os dois resultados se complementam, mas um não explica integralmente o outro. Um proto-superaglomerado abastecido por filamentos oferece um ambiente plausível para a rápida montagem de galáxias, enquanto uma população estelar com excesso de estrelas de baixa massa altera a quantidade de massa estelar que pode estar escondida em algumas delas. Explicar simultaneamente o crescimento acelerado de ambientes densos e a composição detalhada das estrelas em suas galáxias continua sendo um desafio central para os modelos do Universo primordial. 11722

Próximos passos: o papel do Observatório Rubin

O Observatório Vera C. Rubin iniciou o Legacy Survey of Space and Time (LSST), e sua primeira divulgação de dados científicos com a câmera do LSST incluiu observações profundas do campo COSMOS. 3336

Imagens profundas e de grande área produzidas pelo Rubin poderão ajudar a identificar mais candidatos a sobredensidades em grandes distâncias. A espectroscopia, no entanto, continuará indispensável: é ela que fornece os desvios para o vermelho precisos para distinguir um proto-superaglomerado real em três dimensões de galáxias que parecem próximas apenas numa imagem bidimensional. O trabalho da ODIN no COSMOS-z3.1-A mostra por que combinar imagens amplas com espectroscopia de grande cobertura e observações direcionadas é tão poderoso. 13