Existe uma distinção muito importante entre ser pobre e ser primitivo. Um mendigo do século XXI, por mais desprovido de bens que esteja, carrega consigo carbono, oxigênio, ferro, cálcio e pelo menos uma dúzia de outros elementos que as estrelas levaram bilhões de anos para forjar. A galáxia LAP1-B não tem esse luxo. Ela é pobre de um jeito que nenhuma coisa no universo local consegue rivalizar: pobre de elementos, pobre de estrelas, pobre de tudo que não seja hidrogênio, um fiapo de hélio e uma quantidade surpreendente de matéria escura. E é exatamente por isso que ela pode ser a descoberta astronômica mais importante dos últimos anos.

O dr. Kimihiko Nakajima é astrônomo e professor associado da Universidade de Kanazawa; acho que deu para vocês sacarem que ele é japa do Japão. Especialista em espectroscopia profunda de galáxias jovens e distantes, Nakajima construiu sua carreira estudando justamente o que há de mais escorregadio na astronomia: galáxias tão tênues e primitivas que a maioria dos instrumentos existentes simplesmente não as vê. Seu laboratório são os maiores telescópios do planeta (e de fora dele), como o Telescópio Espacial James Webb (JWST), o Keck, o Subaru (o telescópio, não o carro) e o VLT.

Com mais de 200 publicações e quase 12.000 citações ao longo da carreira, Nakajima é investigador principal do programa DREAMS (Deep Reconnaissance of Early Assemblies with Metal-poor Star formation), aprovado no Ciclo 3 do JWST especificamente para caçar galáxias nesse estado de pureza química extrema. A descoberta de LAP1-B é o resultado mais notável desse programa até agora, e foi apresentada numa coletiva de imprensa em Toquio em 12 de maio último, um dia antes da publicação formal, com cobertura ampla na televisão e nos principais jornais japoneses. Aqui, o máximo que divulgam é picaretas com receitas de curas mágicas travestidas de ciência.

O objeto em questão (o da pesquisa do Naka) existia apenas 800 milhões de anos depois do Big Bang, numa época que os astrônomos chamam, com certo flair dramático, de Época da Reionização. Nesse período, o Universo ainda estava saindo das chamadas Idades das Trevas Cósmicas: um estado em que o hidrogênio neutro preenchia tudo e bloqueava a luz como uma cortina de cinema mal colocada. Ver algo tão distante é uma proeza técnica considerável. Ver e ainda caracterizar quimicamente a coisa é quase um milagre de engenharia observacional.

Para conseguir isso, a equipe de Nakajima recorreu a duas ferramentas: o JWST e um fenômeno chamado “lente gravitacional”. Aqui entra a Física sendo mais útil do que o esperado (eu sabia que um dia ia encontrar algum uso pra Física!): um enorme aglomerado de galáxias, o MACS J0416, estava posicionado entre nós e LAP1-B de um jeito que sua massa dobrou a luz da galáxia distante ao redor de si mesma, ampliando-a por um fator de 100. É como se o Universo tivesse generosamente colocado uma lupa na frente de um objeto que de outra forma seria invisível. A equipe ainda ficou 30 horas inteiras de olho nesse pontinho no céu com o espectrógrafo de infravermelho próximo do James Webb, o NIRSpec. Trinta horas!

O resultado valeu cada segundo de exposição. A análise espectroscópica revelou cinco linhas de emissão, e o que elas indicavam era simplesmente espantoso: LAP1-B possui uma abundância de oxigênio equivalente a apenas 1/240 da do Sol. Para ter uma ideia do que isso significa, considere que mesmo as galáxias mais pobres em metais conhecidas no universo local apresentam ao menos 1/30 a 1/50 da abundância solar de oxigênio. LAP1-B está numa categoria à parte. Nakajima não escondeu o entusiasmo: “Fiquei imediatamente empolgado com a extrema escassez de oxigênio revelada nos dados. Encontrar uma galáxia em estado tão primitivo é assombroso. É uma assinatura química que indica claramente uma galáxia primordial capturada nos momentos logo após sua formação.”

Mas há mais. Além de ser paupérrima em oxigênio, LAP1-B exibe uma razão carbono/oxigênio surpreendentemente elevada para seu nível de metalicidade. Esse detalhe é revelador porque combina precisamente com as previsões teóricas do que acontece quando uma população de estrelas sem metais, as chamadas estrelas de População III, explode em supernovas. Essas estrelas hipotéticas, que teriam sido as primeiras a se formarem no universo primordial, nunca foram observadas diretamente. São, em certo sentido, o Santo Graal da astronomia moderna. LAP1-B não as mostra, mas deixa sua impressão digital espalhada pelo gás interestelar com uma clareza nunca antes vista.

A galáxia também é minúscula. Sua massa estelar é inferior a 3.300 massas solares, o que é irrisório: nossa Via Láctea tem algo em torno de 50 bilhões de massas solares em estrelas. Ela é tão pequena que é literalmente invisível nas imagens diretas do NIRCam, o instrumento de imageamento do JWST. Só aparece no espectrógrafo. E mesmo com esse tamanho microscópico, sua massa dinâmica, calculada a partir do movimento do gás, é muito maior do que a soma da massa de suas estrelas e gás, o que implica que ela é dominada por um halo de matéria escura, aquela coisa que fíosicos inventaram porque não fazem a menor ideia de como explicar as coisas. Uma galáxia quase sem estrelas, sem oxigênio e cheia de matéria invisível. A pobreza aqui é de dimensões cósmicas.

O que torna LAP1-B ainda mais fascinante é o que ela pode ser no futuro, ou melhor, no passado do nosso presente. As assim chamadas Galáxias Anãs Ultra-Fracas (Ultra-Faint Dwarf Galaxies, ou UFDs), que orbitam a Via Láctea hoje, são compostas quase que inteiramente de estrelas muito antigas, com mais de 12 bilhões de anos, e carecem de elementos pesados. Por muito tempo, os astrônomos suspeitaram que elas fossem os restos das primeiras galáxias do universo, mas faltava uma ligação direta. LAP1-B é essa ligação. Masami Ouchi, do NAOJ e da Universidade de Tóquio, resumiu bem: “É uma surpresa profunda descobrir que LAP1-B se parece exatamente com o ‘ancestral’ que só havíamos imaginado em teorias.”

Nakajima colocou a descoberta em perspectiva com uma metáfora que todo arqueólogo apreciaria: normalmente, a astronomia opera como arqueologia cósmica, tentando reconstruir o passado estudando estrelas velhas na nossa vizinhança. Com LAP1-B, é possível analisar o gás diretamente da cena original, 13 bilhões de anos atrás. É a diferença entre estudar um sítio arqueológico já perturbado e encontrar a cidade intacta, exatamente como foi deixada. Com oxigênio de menos, é verdade, mas intacta.

A próxima etapa para a equipe é usar os dados do JWST para procurar objetos ainda mais primitivos, talvez até os primeiros a se formarem no universo. Cada descoberta dessas estreita o cerco em torno das estrelas de População III, aquelas que nenhum telescópio ainda conseguiu ver mas cujos rastros químicos vão aparecendo aqui e ali, como pegadas na neve de um universo que ainda não sabia bem o que estava fazendo. LAP1-B é, por enquanto, a melhor dessas pegadas. E ela é, notavelmente, quase toda matéria escura.

A descoberta foi publicada na Nature.