O James Webb continua sua busca nos primeiros tempos do nosso Universo, revelando a surpreendente formação de um enorme aglomerado de galáxias em torno de um poderoso quasar vermelho.
Astrônomos olhando para o início do Universo fizeram uma descoberta surpreendente usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA. As capacidades espectroscópicas do Webb, combinadas com sua sensibilidade infravermelha, descobriram um aglomerado de galáxias massivas em processo de formação em torno de um quasar extremamente vermelho. O resultado expandirá nossa compreensão de como as galáxias no início do Universo se fundiram na teia cósmica que vemos hoje.
O quasar em questão, SDSS J165202.64+172852.3, é um quasar “extremamente vermelho” que existe no Universo primordial, há 11,5 bilhões de anos. Os quasares são um tipo raro e incrivelmente luminoso de núcleo galáctico ativo (AGN). Este quasar é um dos mais poderosos núcleos galácticos conhecidos que foram vistos a uma distância tão extrema. Os astrônomos especularam que a emissão extrema do quasar poderia causar um “vento galáctico”, empurrando o gás livre para fora de sua galáxia hospedeira e possivelmente influenciando muito a formação futura de estrelas lá.
Um AGN é uma região compacta no centro de uma galáxia, que emite radiação eletromagnética suficiente para ofuscar todas as estrelas da galáxia. AGNs, incluindo quasares, são alimentados por gás que cai em um buraco negro supermassivo no centro de sua galáxia. Eles normalmente emitem grandes quantidades de luz em todos os comprimentos de onda, mas esse núcleo galáctico é membro de uma classe incomumente vermelha. Além de sua cor vermelha intrínseca, a luz da galáxia foi ainda mais desviada para o vermelho por sua vasta distância. Isso fez com que o Webb, com sensibilidade incomparável em comprimentos de onda infravermelhos, fosse perfeitamente adequado para examinar a galáxia em detalhes.
Para investigar o movimento do gás, poeira e material estelar na galáxia, a equipe usou o Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) do telescópio. Este poderoso instrumento pode reunir espectros simultaneamente em todo o campo de visão do telescópio, em vez de apenas um ponto de cada vez – uma técnica conhecida como espectroscopia de unidade de campo integral (IFU). Isso permitiu que eles examinassem simultaneamente o quasar, sua galáxia e os arredores mais amplos.
A espectroscopia foi fundamental para entender o movimento dos vários fluxos e ventos que cercam o quasar. Os movimentos dos gases afetam a luz que eles emitem e refletem, fazendo com que ela seja desviada para o vermelho ou para o azul na proporção de sua velocidade e direção [1]. A equipe conseguiu ver e caracterizar esse movimento rastreando o oxigênio ionizado nos espectros do NIRSpec. As observações IFU foram especialmente úteis, com a equipe aproveitando ao máximo a capacidade de coletar espectros de uma ampla área ao redor do próprio quasar.
Estudos anteriores, entre outros, do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e do instrumento Espectrômetro de Campo Integral de Infravermelho Próximo no telescópio Gemini-North chamaram a atenção para os poderosos fluxos do quasar, e os astrônomos especularam que sua galáxia hospedeira poderia estar se fundindo com alguns parceiro invisível. Mas a equipe não esperava que os dados NIRSpec de Webb indicassem claramente que eles não estavam apenas olhando para uma galáxia, mas pelo menos mais três girando em torno dela. Graças aos espectros IFU em uma ampla área, os movimentos de todo esse material circundante puderam ser mapeados, resultando na conclusão de que o SDSS J165202.64+172852.3 era de fato parte de um denso nó de formação de galáxias.
Existem poucos protoaglomerados de galáxias conhecidos neste momento. É difícil encontrá-los e muito poucos tiveram tempo de se formar desde o Big Bang”, disse a astrônoma Dominika Wylezalek, da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, que liderou o estudo desse quasar. “Isso pode eventualmente nos ajudar a entender como as galáxias em ambientes densos evoluem? É um resultado emocionante.”
Usando as observações IFU do NIRSpec, a equipe conseguiu confirmar três companheiros galácticos para este quasar e mostrar como eles estão conectados. Os dados de arquivo do Hubble sugerem que pode haver ainda mais. Imagens da Wide Field Camera 3 do Hubble mostraram material estendido ao redor do quasar e sua galáxia, levando sua seleção para este estudo em seu fluxo e os efeitos em sua galáxia hospedeira. Agora, a equipe suspeita que eles poderiam estar olhando para o núcleo de todo um aglomerado de galáxias – só agora revelado pelas imagens nítidas de Webb.
“Nossa primeira análise dos dados revelou rapidamente sinais claros de grandes interações entre as galáxias vizinhas”, compartilhou o membro da equipe Andrey Vayner, da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, EUA. “A sensibilidade do instrumento NIRSpec foi imediatamente aparente e ficou claro para me que estamos em uma nova era de espectroscopia infravermelha.”
As três galáxias confirmadas estão orbitando umas às outras em velocidades incrivelmente altas, uma indicação de que uma grande quantidade de massa está presente. Quando combinado com o quão próximo eles estão na região ao redor desse quasar, a equipe acredita que isso marca uma das áreas mais densas conhecidas de formação de galáxias no início do Universo. “Mesmo um denso nó de matéria escura não é suficiente para explicá-lo”, diz Wylezalek. “Achamos que podemos estar vendo uma região onde dois halos maciços de matéria escura estão se fundindo.”
O estudo conduzido pela equipe de Wylezalek faz parte das investigações de Webb sobre o Universo primordial. Com sua capacidade sem precedentes de olhar para trás no tempo, o telescópio já está sendo usado para investigar como as primeiras galáxias se formaram e evoluíram, e como os buracos negros se formaram e influenciaram a estrutura do Universo. A equipe está planejando observações de acompanhamento neste proto-aglomerado de galáxias inesperado e espera usá-lo para entender como aglomerados de galáxias densos e caóticos como este se formam e como ele é afetado pelo buraco negro ativo e supermassivo em seu coração.
Eles visam primeiro retornar à questão dos ventos galácticos e feedback quasar. Há muito se suspeita que os quasares são os culpados pela redução da formação estelar em suas galáxias hospedeiras por esse mecanismo de feedback, mas é difícil encontrar evidências firmes para ligar os dois. As presentes observações são apenas as primeiras de um conjunto que estudará três quasares com Webb, cada um em momentos diferentes no passado do Universo.
“Desembaraçar a luz incrivelmente brilhante de um quasar distante do hospedeiro muito mais escuro e seus companheiros é quase impossível do solo. Descobrir os detalhes dos ventos galácticos que podem produzir feedback é ainda mais desafiador”, compartilhou o membro da equipe David Rupke, do Rhodes College em Memphis, EUA. “Agora, com o Webb, já podemos ver que isso está mudando.”
Esta pesquisa foi concluída como parte dos programas Early Release Science (ERS) da Webb. Essas observações estão ocorrendo durante os primeiros 5 meses de operações científicas da Webb. As observações Webb que produziram este resultado foram retiradas do programa ERS #1335.
Publicado em 20/10/2022 20h28
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