Cloud-9: o melhor candidato até agora a uma galáxia travada no início do desenvolvimento

Um objecto detectado no espaço profundo destaca-se como o candidato mais forte, até à data, a representar uma galáxia “interrompida” numa fase muito precoce da sua evolução.

Baptizado de Cloud-9, trata-se de um corpo enigmático situado a cerca de 14,3 milhões de anos-luz de distância, nas imediações da galáxia espiral M94 (a Galáxia Olho de Gato), e que aparenta estar totalmente desprovido de estrelas. Em vez disso, tudo indica que é composto sobretudo por matéria escura, envolta por uma nuvem de gás de hidrogénio, permanecendo no espaço como uma presença fantasmagórica.

Porque é que a matéria escura é essencial na formação de galáxias

Apesar de as galáxias apresentarem grande diversidade de formas e dimensões, os astrónomos esperam, em geral, um conjunto básico de componentes: estrelas, gás e um halo de matéria escura em torno, responsável pela maior parte da gravidade do sistema.

Embora não se saiba com certeza como as galáxias se formam, considera-se que esse halo de matéria escura é determinante. Pode imaginá-lo como um “aglomerado” invisível de gravidade que mantém o conjunto coeso; como ainda não sabemos de que é feita essa massa, chamamos-lhe matéria escura - e, sem ela, o Universo seria provavelmente um caos disperso.

De acordo com modelos de formação galáctica, as estruturas de matéria escura surgem cedo, criando um “bolso” gravitacional que vai acumulando matéria normal, como hidrogénio neutro (H I), capaz de se tornar gradualmente suficientemente denso para dar origem a estrelas.

Cloud-9 e o hidrogénio neutro (H I): uma janela rara para o Universo escuro

"Esta nuvem é uma janela para o Universo escuro", afirma o astrónomo Andrew Fox, do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial.

"Sabemos, pela teoria, que se espera que a maior parte da massa do Universo seja matéria escura, mas é difícil detectar este material escuro porque não emite luz. A Cloud-9 dá-nos uma visão rara de uma nuvem dominada por matéria escura."

A neutralidade do hidrogénio é um ponto-chave: indica com força que o gás é relativamente frio, compacto e ligado pela gravidade. Além disso, não foi ionizado pela radiação ultravioleta difusa que preenche o Universo, grande parte dela gerada por estrelas e galáxias.

A primeira detecção: do FAST a observações de seguimento

A Cloud-9 foi identificada inicialmente num levantamento por rádio do céu, dedicado à procura de hidrogénio neutro, com o Telescópio Esférico de Abertura de Quinhentos Metros (FAST), na China, não muito longe da M94.

Como os astrónomos referiram no seu artigo de 2023, este tipo de sinal pode corresponder ao que é conhecido por Nuvem de H I Limitada pela Reionização, ou RELHIC: um aglomerado de hidrogénio neutro e matéria escura, mantido por gravidade, que ainda não atingiu o limiar necessário para iniciar a formação estelar.

Estas entidades são previstas há muito por simulações do Universo primordial, mas têm sido extremamente difíceis de confirmar. A expectativa é que muitas acabem por perder o seu gás ao longo do tempo, ou sejam confundidas com detritos ou nuvens em primeiro plano, deixando poucos exemplos inequívocos para investigação.

Ainda assim, os dados do FAST, por si só, não tinham resolução suficiente para fechar a questão. Um caso semelhante, por exemplo, é a nuvem FAST J0139+4328, que mostra indícios de uma pequena população de estrelas e um sinal forte de rotação - o que sugere que não é tão primordial quanto uma RELHIC.

O que revelaram o Green Bank, o VLA e o Hubble sobre a Cloud-9

Uma equipa liderada pelo astrónomo Gagandeep Anand, também do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial, avançou com observações de seguimento em rádio, recorrendo ao Telescópio de Green Bank (da Fundação Nacional para a Ciência dos EUA) e ao Conjunto de Antenas Muito Grande (VLA), para caracterizar melhor o hidrogénio neutro.

Esses trabalhos mostraram que a Cloud-9 é uma acumulação densa e esférica de hidrogénio neutro, com cerca de 4 900 anos-luz de diâmetro. O gás totaliza aproximadamente um milhão de massas solares e não apresenta rotação. Para a manter confinada e em equilíbrio, os investigadores estimaram ser necessária uma quantidade de matéria escura na ordem de 5 mil milhões de massas solares.

A equipa recorreu ainda ao Telescópio Espacial Hubble para obter observações ópticas profundas. Se existissem mais do que alguns milhares de massas solares em estrelas escondidas dentro da nuvem, o Hubble tê-las-ia detectado - mas não encontrou nada.

Com base na profundidade dos dados, os investigadores conseguiram excluir até a presença de uma pequena galáxia anã semelhante à Leo T, uma das galáxias ricas em gás mais ténues conhecidas no Universo local. Se a Cloud-9 tiver quaisquer estrelas, então só poderão corresponder a alguns milhares de Sóis em massa total.

Uma “galáxia falhada” e o lugar da Cloud-9 entre as RELHIC

"Esta é a história de uma galáxia falhada", diz o astrónomo Alejandro Benitez-Llambay, da Universidade de Milão-Bicocca, em Itália. "Na ciência, normalmente aprendemos mais com os falhanços do que com os sucessos. Neste caso, o facto de não vermos estrelas é o que prova que a teoria está correcta. Diz-nos que encontrámos, no Universo local, um bloco de construção primordial de uma galáxia que não se formou."

Existem outros candidatos a RELHIC; um objecto chamado J0613+52 poderá ser um deles, embora a sua distância seja difícil de determinar. O que torna a Cloud-9 particularmente convincente é que cumpre todos os critérios: não tem estrelas, não roda e, graças à sua associação com a M94, sabemos a que distância se encontra.

Por isso, trata-se da detecção mais segura, até agora, de uma RELHIC. No futuro, poderá vir a transformar-se numa galáxia completa - mas, por enquanto, permanece como um vestígio raro do processo de formação galáctica, fornecendo informação crucial sobre a forma como o Universo se construiu.

Os investigadores concluem que o objecto deverá estar "entre as raras RELHIC que habitam a fronteira entre a formação galáctica falhada e a bem-sucedida. Independentemente da sua natureza final, a Cloud-9 é diferente de qualquer fonte escura e rica em gás detectada até hoje."

Os resultados foram publicados nas Cartas do Jornal Astrofísico.