Miragens gravitacionais: Telescópio James Webb descobre misteriosa galáxia de ponto de interrogação

O aglomerado de galáxias MACS-J0417.5-1154 é tão massivo que está deformando o tecido do espaço-tempo e distorcendo a aparência das galáxias atrás dele, um efeito conhecido como lente gravitacional. Este fenômeno natural amplia galáxias distantes e também pode fazê-las aparecer em uma imagem várias vezes, como o Telescópio Espacial James Webb da NASA viu aqui. Duas galáxias distantes e interativas – uma espiral de frente e uma galáxia vermelha empoeirada vista de lado – aparecem várias vezes, traçando uma forma familiar no céu. A formação estelar ativa e a forma espiral notavelmente intacta da galáxia de frente indicam que a interação dessas galáxias está apenas começando. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Vicente Estrada-Carpenter (Saint Mary’s University)

doi.org/10.1093/mnras/stae1368
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#Galáxia 

Astrônomos estão surpresos com um raro alinhamento cósmico que mostra regiões de formação de estrelas altamente ampliadas em galáxias distantes.

O quê, por quê, como? O cosmos está cheio de perguntas. Ainda assim, astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA ficaram surpresos ao encontrar uma galáxia vermelha distante distorcida no formato de um ponto de interrogação. Um tipo específico e raramente visto de lente gravitacional natural está fazendo com que a galáxia apareça várias vezes.

A lente também amplia a galáxia e sua companheira espiral, permitindo que astrônomos localizem regiões específicas de formação de estrelas, usando uma combinação de dados infravermelhos do James Webb e dados ultravioleta do Telescópio Espacial Hubble da NASA.

Um ponto de interrogação cósmico aparece em meio a uma poderosa lente gravitacional na visão de campo amplo do Telescópio Espacial James Webb do aglomerado de galáxias MACS-J0417.5-1154. A lente gravitacional ocorre quando algo é tão massivo, como este aglomerado de galáxias, que distorce o tecido do próprio espaço-tempo, criando um efeito natural de espelho de casa de diversões que também amplia as galáxias atrás dele. O tipo raramente visto de lente capturado aqui, que os astrônomos chamam de umbilical hiperbólico, criou cinco imagens repetidas de um par de galáxias. O membro vermelho e alongado deste par traça a forma familiar de um ponto de interrogação no céu devido à distorção, com outra galáxia não relacionada acontecendo exatamente no espaço-tempo certo para aparecer como o ponto do ponto de interrogação – especialmente para humanos que adoram reconhecer formas e padrões familiares. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Vicente Estrada-Carpenter (Saint Mary’s University)

Telescópio Espacial James Webb Revela Galáxia Distorcida Formando Ponto de Interrogação Cósmico

Já faz 7 bilhões de anos, e o auge da formação de estrelas do universo está começando a desacelerar. Como seria a nossa galáxia Via Láctea naquela época? Astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA encontraram pistas na forma de um ponto de interrogação cósmico, o resultado de um raro alinhamento em anos-luz de espaço.

“Sabemos de apenas três ou quatro ocorrências de configurações de lentes gravitacionais semelhantes no universo observável, o que torna esta descoberta emocionante, pois demonstra o poder do James Webb e sugere que talvez agora encontremos mais delas”, disse o astrônomo Guillaume Desprez da Saint Mary’s University em Halifax, Nova Escócia, um membro da equipe que apresentou os resultados do James Webb.

O Telescópio Espacial Hubble da NASA também observou o aglomerado de galáxias MACS-J0417.5-1154, mas a galáxia vermelha empoeirada que aparece várias vezes para formar um ponto de interrogação é muito mais proeminente na imagem do James Webb. A luz infravermelha que o James Webb detecta é mais capaz de passar pela poeira cósmica de sua galáxia natal para alcançar o telescópio. Os astrônomos usaram as observações ultravioleta do Hubble para ajudar a determinar onde a formação de estrelas está acontecendo tanto na galáxia vermelha quanto em sua companheira próxima, uma galáxia espiral de frente. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Vicente Estrada-Carpenter (Saint Mary’s University)

Insights da observação aprimorada de galáxias

Embora essa região tenha sido observada anteriormente com o Telescópio Espacial Hubble da NASA, a galáxia vermelha empoeirada que forma o intrigante formato de ponto de interrogação só apareceu com Webb. Isso é resultado dos comprimentos de onda da luz que o Hubble detecta ficarem presos na poeira cósmica, enquanto comprimentos de onda maiores de luz infravermelha conseguem passar e ser detectados pelos instrumentos de Webb.

Este vídeo explica como galáxias muito distantes são ampliadas pelo fenômeno de lentes gravitacionais. Lentes gravitacionais podem ampliar a luz de galáxias distantes que estão no pico ou perto do pico de formação de estrelas. Este efeito permite que pesquisadores estudem os detalhes de galáxias antigas muito distantes para serem vistas até mesmo com os telescópios espaciais mais poderosos. Crédito: NASA, ESA, STScI, Leah Hustak (STScI)

Os astrônomos usaram ambos os telescópios para observar o aglomerado de galáxias MACS-J0417.5-1154, que age como uma lupa (veja o vídeo acima) porque o aglomerado é tão massivo que deforma o tecido do espaço-tempo. Isso permite que os astrônomos vejam detalhes aprimorados em galáxias muito mais distantes atrás do aglomerado. No entanto, os mesmos efeitos gravitacionais que ampliam as galáxias também causam distorção, resultando em galáxias que aparecem manchadas no céu em arcos e até mesmo aparecem várias vezes. Essas ilusões de ótica no espaço são chamadas de lentes gravitacionais.

A galáxia vermelha revelada pelo James Webb, junto com uma galáxia espiral com a qual está interagindo e que foi detectada anteriormente pelo Hubble, estão sendo ampliadas e distorcidas de uma forma incomum, o que requer um alinhamento particular e raro entre as galáxias distantes, a lente e o observador – algo que os astrônomos chamam de lente gravitacional umbilical hiperbólica. Isso explica as cinco imagens (veja a imagem anotada abaixo) do par de galáxias visto na imagem do James Webb, quatro das quais traçam o topo do ponto de interrogação. O ponto de interrogação é uma galáxia não relacionada que, por acaso, está no lugar e no espaço-tempo certos, da nossa perspectiva.

Um tipo específico de lente gravitacional conhecido pelos astrônomos como umbilical hiperbólico, capturado na imagem do Telescópio Espacial James Webb do aglomerado de galáxias MACS-J0417.5, resulta na ilusão de ótica de cinco múltiplos de um par de galáxias distantes, rotulados aqui como A, B, C, D e E. Embora o par exista uma vez na realidade, ele aparece cinco vezes quando visto através do espelho de espaço distorcido criado pela massa do aglomerado. A imagem D é amplamente obscurecida pelo brilho branco brilhante de uma das galáxias do aglomerado. Esta imagem também inclui setas de bússola, barra de escala e chave de cores para referência. A barra de escala é rotulada em segundos de arco, que é uma medida de distância angular no céu. Existem 60 minutos de arco em um grau e 60 segundos de arco em um minuto de arco. (A Lua cheia tem um diâmetro angular de cerca de 30 minutos de arco.) O tamanho real de um objeto que cobre um segundo de arco no céu depende de sua distância do telescóp

Desvendando os mistérios da formação de estrelas

Além de produzir um estudo de caso sobre a capacidade do instrumento do James Webb NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) de detectar locais de formação de estrelas em uma galáxia a bilhões de anos-luz de distância, a equipe de pesquisa também não resistiu em destacar o formato de ponto de interrogação. “Isso é simplesmente legal. Imagens incríveis como essa são o motivo pelo qual entrei na astronomia quando era jovem”, disse o astrônomo Marcin Sawicki da Saint Mary’s University, um dos principais pesquisadores da equipe.

“Saber quando, onde e como a formação de estrelas ocorre dentro das galáxias é crucial para entender como as galáxias evoluíram ao longo da história do universo”, disse o astrônomo Vicente Estrada-Carpenter da Saint Mary’s University, que usou os dados ultravioleta do Hubble e infravermelho do Webb para mostrar onde novas estrelas estão se formando nas galáxias. Os resultados mostram que a formação de estrelas é generalizada em ambos. Os dados espectrais também confirmaram que a galáxia empoeirada recém-descoberta está localizada na mesma distância que a galáxia espiral de frente, e elas provavelmente estão começando a interagir.

Interações Galácticas ao Longo do Tempo:

“Ambas as galáxias no Par de Pontos de Interrogação mostram formação estelar ativa em várias regiões compactas, provavelmente um resultado da colisão de gás das duas galáxias”, disse Estrada-Carpenter. “No entanto, a forma de nenhuma das galáxias parece muito interrompida, então provavelmente estamos vendo o início de sua interação uma com a outra.”

“Essas galáxias, vistas bilhões de anos atrás quando a formação estelar estava no auge, são semelhantes à massa que a Via Láctea teria naquela época. O James Webb está nos permitindo estudar como teriam sido os anos da adolescência de nossa própria galáxia”, disse Sawicki.

As imagens e espectros do James Webb nesta pesquisa vieram do Canadian NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS). O artigo de pesquisa é publicado no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Publicado em 11/09/2024 13h32

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