NASA: James Webb confirma quatro galáxias surgidas no início do cosmos
O Telescópio Espacial James Webb confirmou a identificação de quatro galáxias ancestrais formadas nos primeiros períodos do cosmos. A análise por espectroscopia comprovou que essas estruturas celestes emitiram radiação quando o Universo tinha apenas 2% da idade atual de 13,8 bilhões de anos, marcando um avanço nas medições astronômicas de regiões profundas do espaço.
Os dados foram publicados em dois artigos na revista científica Nature Astronomy em 4 de abril de 2023, produzidos por pesquisadores do programa JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). Os autores registraram que as medições representam um marco para a missão do observatório ao levar as fronteiras de análise a uma época substancialmente anterior da história cósmica.
Instrumentos e medições das quatro estruturas primordiais
Batizadas de JADES-GS-z10-0, JADES-GS-z11-0, JADES-GS-z12-0 e JADES-GS-z13-0, as quatro galáxias foram observadas como existiam entre 300 e 500 milhões de anos após o Big Bang. Duas delas, a JADES-GS-z10-0 e a JADES-GS-z11-0, já haviam sido localizadas anteriormente em registros captados pelo telescópio espacial Hubble, mas as formações JADES-GS-z12-0 e JADES-GS-z13-0 representam descobertas diretas obtidas pelo James Webb.
O trabalho utilizou imagens obtidas pela câmera de infravermelho próximo NIRCam aliadas ao espectrógrafo NIRSpec, ambos integrados ao observatório orbital. A identificação espectroscópica permitiu aos astrônomos separar a radiação emitida pelos corpos celestes em diferentes comprimentos de onda, eliminando dúvidas sobre a real localização espacial dos objetos e atestando que a radiação não se tratava de ilusões de ótica geradas por galáxias mais próximas.
A astrônoma Emma Curtis-Lake, pesquisadora da Universidade de Hertfordshire e coautora principal do estudo espectroscópico, afirmou que a verificação direta era a prioridade do projeto internacional. “Era crucial provar que essas galáxias de fato habitam o Universo primordial”, declarou a pesquisadora (em tradução livre) sobre a confirmação da distância real de cada uma das formações celestes catalogadas.
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Apesar de existirem em um período tão jovem do espaço, os quatro corpos celestes já apresentavam sistemas estelares consolidados. As análises apontam que a massa estelar contida em cada uma das estruturas gira em torno de 100 milhões de massas solares, revelando que a condensação de matéria luminosa ocorria em ritmos acelerados no cosmos primitivo.
Como o Telescópio James Webb consegue enxergar o passado cósmico?
A captação visual de corpos situados a bilhões de anos-luz ocorre porque a radiação luminosa viaja a uma velocidade finita e precisa atravessar grandes extensões no vácuo antes de alcançar os instrumentos de medição. No caso do quarteto avaliado pelo programa JADES, os fótons coletados pelos sensores espaciais viajaram por mais de 13 bilhões de anos, exibindo o aspecto exato de quando o Universo contava poucas centenas de milhões de anos de desenvolvimento.
Ao longo desse trajeto bilionário, a expansão acelerada do cosmos afeta as ondas eletromagnéticas, esticando seus comprimentos de onda em direção à faixa invisível do infravermelho. Esse processo físico, conhecido no meio científico como desvio para o vermelho ou redshift, exige sensores termais extremamente sensíveis para conseguir extrair informações de luzes muito antigas que não podem mais ser vistas na faixa óptica tradicional.
O astrofísico Brant Robertson, professor da Universidade da Califórnia em Santa Cruz e coautor principal do programa JADES, explicou a importância do cálculo preciso dos índices de luminosidade. “Com essas medições, podemos saber o brilho intrínseco das galáxias e descobrir quantas estrelas elas têm”, detalhou o professor (em tradução livre) a respeito do método de cálculo aplicado aos espectros obtidos no observatório.
Nas quatro galáxias examinadas, os pesquisadores determinaram índices de desvio para o vermelho que variam de 10,3 a 13,2. Entre elas, a JADES-GS-z13-0 registrou a maior marca do grupo, com redshift de 13,2, o que situa o objeto como era cerca de 320 milhões de anos após o Big Bang. A medição superou a marca da galáxia GN-z11, que apresentava índice de 10,6 e havia sido confirmada pelo telescópio Hubble como uma estrutura de 400 a 420 milhões de anos posteriores à origem do Universo.
Especificações e medições das galáxias no programa JADES
- Objetos celestes confirmados: galáxias JADES-GS-z10-0, JADES-GS-z11-0, JADES-GS-z12-0 e JADES-GS-z13-0
- Intervalo de desvio para o vermelho: valores medidos entre 10,3 e 13,2
- Massa estelar calculada: cerca de 100 milhões de vezes a massa do Sol para cada estrutura
- Idade observada do Universo: entre 300 e 500 milhões de anos após o Big Bang
- Instrumentos empregados: câmera NIRCam e espectrógrafo NIRSpec a bordo do telescópio orbital
- Instituições participantes: Universidade da Califórnia em Santa Cruz, Universidade de Hertfordshire, Universidade de Cambridge e Instituto de Astrofísica de Paris
Cronologia das observações do James Webb e dos recordes no espaço
- 9 de dezembro de 2022 — A equipe científica do programa JADES e as agências espaciais NASA e ESA apresentam os primeiros dados espectroscópicos e imagens do quarteto de galáxias
- 4 de abril de 2023 — Dois estudos detalhados sobre as medições e a espectroscopia das quatro galáxias passam por revisão de especialistas e saem na revista Nature Astronomy
- 30 de maio de 2024 — A NASA anuncia a descoberta da galáxia JADES-GS-z14-0, com desvio para o vermelho de 14,32, superando o registro da JADES-GS-z13-0 ao alcançar a marca de 290 milhões de anos após o Big Bang
Acesso aos registros e arquivos científicos do James Webb
Os dados brutos e os relatórios de observação coletados pela missão espacial são disponibilizados pelas agências parceiras do observatório internacional para a comunidade científica mundial. Estudantes, astrofísicos e instituições acadêmicas podem consultar os catálogos espectroscópicos gerados pelos instrumentos NIRCam e NIRSpec por meio dos arquivos públicos do consórcio espacial internacional, permitindo a checagem independente dos parâmetros de redshift e da calibração fotométrica.
O acesso aberto viabiliza que equipes astronômicas de diferentes países utilizem as coordenadas cósmicas do programa JADES para planejar novas rodadas de medições ou reavaliar modelos cosmológicos sobre o crescimento de buracos negros e a evolução de aglomerados de gás no período da chamada reionização.
Apesar da precisão nos cálculos das distâncias, os cientistas mantêm investigações abertas em relação à composição química das primeiras gerações estelares dessas estruturas. Não há confirmação de quantidades expressivas de elementos pesados, como carbono ou oxigênio, nos quatro objetos originais. Os pesquisadores Sandro Tacchella, da Universidade de Cambridge, e Stephane Charlot, do Instituto de Astrofísica de Paris, seguem conduzindo análises sobre os espectros para compreender o estágio exato de enriquecimento químico nas formações que inauguraram as galáxias no Universo.
