Uma equipe internacional de astrônomos descobriu as galáxias mais antigas e distantes confirmadas até o momento usando dados do Telescópio Espacial James Webb (James Webb).
Uma equipe internacional de astrônomos descobriu as galáxias mais antigas e distantes confirmadas até o momento usando dados do Telescópio Espacial James Webb (James Webb). O telescópio capturou a luz emitida por essas galáxias há mais de 13,4 bilhões de anos, o que significa que as galáxias datam de menos de 400 milhões de anos após o Big Bang, quando o universo tinha apenas 2% de sua idade atual.
Observações iniciais do James Webb renderam várias galáxias candidatas em distâncias extremas, assim como observações anteriores com o Telescópio Espacial Hubble. Agora, quatro desses alvos foram confirmados pela obtenção de longas observações espectroscópicas, que não apenas fornecem medições seguras de suas distâncias, mas também permitem aos astrônomos caracterizar as propriedades físicas das galáxias.
“Descobrimos galáxias em tempos fantasticamente remotos no universo distante”, disse Brant Robertson, professor de astronomia e astrofísica na UC Santa Cruz. “Com o James Webb, pela primeira vez, podemos encontrar galáxias tão distantes e confirmar espectroscopicamente que elas realmente estão tão distantes.”
Os astrônomos medem a distância até uma galáxia determinando seu desvio para o vermelho. Devido à expansão do universo, objetos distantes parecem estar se afastando de nós e sua luz é estendida para comprimentos de onda mais longos e vermelhos pelo efeito Doppler. Técnicas fotométricas baseadas em imagens capturadas por diferentes filtros podem fornecer estimativas de desvio para o vermelho, mas medições definitivas requerem espectroscopia, que separa a luz de um objeto em seus comprimentos de onda componentes.
As novas descobertas concentram-se em quatro galáxias com redshifts superiores a 10. Duas galáxias inicialmente observadas pelo Hubble agora confirmaram redshifts de 10,38 e 11,58. As duas galáxias mais distantes, ambas detectadas nas imagens do James Webb, têm redshifts de 13,20 e 12,63, tornando-as as galáxias mais distantes confirmadas por espectroscopia até o momento. Um desvio para o vermelho de 13,2 corresponde a cerca de 13,5 bilhões de anos atrás.
“Isso está muito além do que poderíamos imaginar encontrar antes do James Webb”, disse Robertson. “No redshift 13, o universo tem apenas cerca de 325 milhões de anos.”
Robertson e Emma Curtis-Lake, da Universidade de Hertfordshire (Reino Unido), apresentarão as novas descobertas em 12 de dezembro em uma conferência do Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore sobre “First Science Results from James Webb”. Eles são os autores principais de dois artigos sobre os resultados que ainda não passaram pelo processo de revisão por pares (veja os links abaixo).
As observações resultam de uma colaboração de cientistas que lideraram o desenvolvimento de dois dos instrumentos a bordo do Webb, a Near-Infrared Camera (NIRCam) e o Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec). A investigação das galáxias mais fracas e antigas foi a principal motivação nos conceitos desses instrumentos. Em 2015, as equipes de instrumentos se uniram para propor o James Webb Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), um programa ambicioso que foi alocado pouco mais de um mês do tempo do telescópio e foi projetado para fornecer uma visão do universo primordial sem precedentes em profundidade e detalhe. JADES é uma colaboração internacional de mais de oitenta astrônomos de dez países.
“Esses resultados são o culminar do motivo pelo qual as equipes NIRCam e NIRSpec se uniram para executar este programa de observação”, disse Marcia Rieke, investigadora principal do NIRCam na Universidade do Arizona.
O programa JADES começou com o NIRCam, usando mais de 10 dias de missão para observar um pequeno trecho do céu dentro e ao redor do Hubble Ultra Deep Field. Os astrônomos estudam esta região há mais de 20 anos com quase todos os grandes telescópios. A equipe JADES observou o campo em nove diferentes faixas de comprimento de onda infravermelha, capturando imagens requintadas que revelam quase 100.000 galáxias distantes, cada uma a bilhões de anos-luz de distância.
A equipe então usou o espectrógrafo NIRSpec para um único período de observação de três dias para coletar a luz de 250 galáxias fracas. Isso rendeu medições precisas do desvio para o vermelho e revelou as propriedades do gás e das estrelas nessas galáxias.
“Com essas medições, podemos conhecer o brilho intrínseco das galáxias e descobrir quantas estrelas elas têm”, disse Robertson. “Agora podemos começar a realmente separar como as galáxias se juntam ao longo do tempo.”
O coautor Sandro Tacchella, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, acrescentou: “É difícil entender as galáxias sem entender os períodos iniciais de seu desenvolvimento. Assim como acontece com os humanos, muito do que acontece depois depende do impacto dessas primeiras gerações de estrelas. Tantas perguntas sobre galáxias estavam esperando pela oportunidade transformadora de Webb, e estamos entusiasmados por poder desempenhar um papel na revelação dessa história”.
De acordo com Robertson, a formação de estrelas nestas primeiras galáxias teria começado cerca de 100 milhões de anos antes da idade em que foram observadas, empurrando a formação das primeiras estrelas para cerca de 225 milhões de anos após o Big Bang.
“Estamos vendo evidências de formação de estrelas tão cedo quanto poderíamos esperar com base em nossos modelos de formação de galáxias”, disse ele.
Outras equipes identificaram galáxias candidatas em desvios para o vermelho ainda maiores com base em análises fotométricas de imagens James Webb, mas ainda não foram confirmadas por espectroscopia. O JADES continuará em 2023 com um estudo detalhado de outro campo, este centrado no icônico Hubble Deep Field e, em seguida, um retorno ao Ultra Deep Field para outra rodada de imagens profundas e espectroscopia. Muitos outros candidatos no campo aguardam investigação espectroscópica, com centenas de horas adicionais já aprovadas.
Publicado em 18/02/2023 13h05
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