Uma equipe de astrônomos usou o Telescópio James Webb (JWST) para identificar os aglomerados globulares mais distantes já descobertos. Esses densos grupos de milhões de estrelas podem ser relíquias contendo as primeiras e mais antigas estrelas do universo.
A análise inicial da imagem do First Deep Field de Webb, que retrata algumas das primeiras galáxias do universo, foi publicada recentemente no The Astrophysical Journal Letters. O trabalho foi conduzido por uma equipe de astrônomos canadenses, incluindo especialistas do Instituto Dunlap de Astronomia e Astrofísica da Faculdade de Artes e Ciências da Universidade de Toronto.
“O JWST foi construído para encontrar as primeiras estrelas e as primeiras galáxias e nos ajudar a entender as origens da complexidade do universo, como os elementos químicos e os blocos de construção da vida”, diz Lamiya Mowla, pesquisadora de pós-doutorado no Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics e co-autor principal do estudo, que foi realizado pela equipe CAnadian NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS).
“Esta descoberta no primeiro campo profundo de Webb já está fornecendo uma visão detalhada da fase inicial da formação estelar, confirmando o incrível poder do JWST.”
Na imagem finamente detalhada do Primeiro Campo Profundo de Webb, os astrônomos rapidamente se concentraram no que eles apelidaram de “a galáxia Sparkler”. Localizada a nove bilhões de anos-luz de distância, esta galáxia recebeu esse nome devido aos objetos compactos que aparecem como pequenos pontos amarelo-avermelhados ao seu redor, chamados pelos pesquisadores de “brilhos”. A equipe de pesquisa determinou que esses brilhos podem ser jovens aglomerados formando estrelas ativamente – nascidos três bilhões de anos após o Big Bang no pico da formação estelar – ou antigos aglomerados globulares. Aglomerados globulares são coleções antigas de estrelas da infância de uma galáxia e contêm pistas sobre suas primeiras fases de formação e crescimento.
A partir de uma análise inicial de 12 desses objetos compactos, a equipe de pesquisadores determinou que cinco deles não são apenas aglomerados globulares, mas estão entre os mais antigos conhecidos.
“Observar as primeiras imagens do JWST e descobrir antigos aglomerados globulares em torno de galáxias distantes foi um momento incrível – algo que não era possível com as imagens anteriores do Telescópio Espacial Hubble”, disse Kartheik G. Iyer, pesquisador de pós-doutorado no Dunlap Institute para Astronomia e Astrofísica e co-autor principal do estudo.
“Como pudemos observar os brilhos em uma variedade de comprimentos de onda, podemos modelá-los e entender melhor suas propriedades físicas – como quantos anos eles têm e quantas estrelas eles contêm. Esperamos que o conhecimento de que os aglomerados globulares podem ser observados a grandes distâncias com o JWST estimule mais ciência e pesquisas por objetos semelhantes.”
A Via Láctea é conhecida por ter cerca de 150 aglomerados globulares, mas como e quando exatamente esses densos aglomerados de estrelas se formaram não é bem compreendido. Os astrônomos sabem que os aglomerados globulares podem ser extremamente antigos, mas é incrivelmente desafiador medir suas idades. O uso de aglomerados globulares muito distantes para datar as primeiras estrelas em galáxias distantes não foi feito antes e só é possível com o JWST.
“Esses aglomerados recém-identificados foram formados perto da primeira vez em que foi possível formar estrelas”, diz Mowla. “Como a galáxia Sparkler está muito mais distante do que a nossa própria Via Láctea, é mais fácil determinar as idades de seus aglomerados globulares. Estamos observando o Sparkler como era há nove bilhões de anos, quando o universo tinha apenas quatro bilhões e meio de anos, olhando para algo que aconteceu há muito tempo. Pense nisso como adivinhar a idade de uma pessoa com base em sua aparência – é fácil dizer a diferença entre uma pessoa de 5 e 10 anos, mas difícil dizer a diferença entre uma pessoa de 50 e 55 anos.”
Até agora, os astrônomos não podiam ver os objetos compactos circundantes da galáxia Sparkler com o Telescópio Espacial Hubble. Isso mudou com o aumento da resolução e sensibilidade do JWST, revelando os minúsculos pontos que cercam a galáxia pela primeira vez na imagem First Deep Field de Webb. A galáxia Sparkler é especial porque é ampliada por um fator de 100 devido a um efeito chamado lente gravitacional – onde o aglomerado de galáxias SMACS 0723 em primeiro plano distorce o que está por trás dele, como uma lupa gigante. Além disso, as lentes gravitacionais produzem três imagens separadas do Sparkler, permitindo aos astrônomos estudar a galáxia com mais detalhes.
“Nosso estudo do Sparkler destaca o tremendo poder de combinar as capacidades únicas do JWST com a ampliação natural proporcionada pelas lentes gravitacionais”, diz o líder da equipe CANUCS, Chris Willott, do Centro de Pesquisa Astrofísica e Astrofísica Herzberg do Conselho Nacional de Pesquisa. “A equipe está animada com mais descobertas que virão quando o JWST voltar seus olhos para os aglomerados de galáxias CANUCS no próximo mês.”
Os pesquisadores combinaram novos dados da Near-Infrared Camera (NIRCam) do JWST com os dados de arquivo do Hubble Scape Telescope. O NIRCam detecta objetos fracos usando comprimentos de onda mais longos e vermelhos para observar além do que é visível ao olho humano e até mesmo ao Telescópio Espacial Hubble. Ambas as ampliações devido às lentes do aglomerado de galáxias e a alta resolução do JWST são o que tornou possível a observação de objetos compactos.
O instrumento canadense Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) no JWST forneceu confirmação independente de que os objetos são antigos aglomerados globulares porque os pesquisadores não observaram linhas de emissão de oxigênio – emissões com espectros mensuráveis emitidos por aglomerados jovens que estão ativamente formando estrelas. O NIRISS também ajudou a desvendar a geometria das imagens com lentes triplas do Sparkler.
“O instrumento NIRISS feito no Canadá do JWST foi vital para nos ajudar a entender como as três imagens do Sparkler e seus aglomerados globulares estão conectadas”, diz Marcin Sawicki, professor da Universidade de Saint Mary, que é presidente de pesquisa em astronomia do Canadá e co- autor do estudo. “Ver vários dos aglomerados globulares do Sparkler fotografados três vezes deixou claro que eles estão orbitando ao redor da galáxia Sparkler, em vez de simplesmente estarem na frente dela por acaso.”
O JWST observará os campos CANUCS a partir de outubro de 2022, aproveitando seus dados para examinar cinco aglomerados massivos de galáxias, em torno dos quais os pesquisadores esperam encontrar mais sistemas desse tipo. Estudos futuros também modelarão o aglomerado de galáxias para entender o efeito de lente e executar análises mais robustas para explicar as histórias de formação estelar.
Publicado em 01/12/2022 23h31
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