Capturando tudo o que brilha nas galáxias
Uma equipe de pesquisa internacional irá pesquisar as estrelas, aglomerados de estrelas e poeira que se encontram em 19 galáxias próximas.
Para entender as galáxias, você precisa entender como as estrelas se formam. Mais de 100 pesquisadores de todo o mundo colaboraram para reunir observações de galáxias espirais próximas feitas com os telescópios de rádio, visível e ultravioleta mais poderosos do mundo – e em breve adicionarão um conjunto completo de imagens infravermelhas de alta resolução de NASAde Telescópio Espacial James Webb. Com este conjunto de dados inovador, os astrônomos poderão estudar estrelas à medida que elas começam a se formar dentro de nuvens de gás escuras e empoeiradas, desembaraçar quando essas estrelas infantis sopram esse gás e poeira e identificar estrelas mais maduras que estão soprando camadas de gás e poeira – tudo pela primeira vez em um conjunto diversificado de galáxias espirais.
Esta imagem da galáxia espiral NGC 3351 combina observações de vários observatórios para revelar detalhes sobre suas estrelas e gás. Observações de rádio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) mostram gás molecular denso em magenta. O instrumento Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) do Very Large Telescope destaca onde estrelas massivas jovens iluminam seus arredores, em vermelho. As imagens do Telescópio Espacial Hubble destacam faixas de poeira em branco e estrelas recém-formadas em azul. Imagens infravermelhas de alta resolução do Telescópio Espacial Webb ajudarão os pesquisadores a identificar onde as estrelas estão se formando atrás da poeira e estudar os primeiros estágios da formação de estrelas nesta galáxia. Crédito: Ciência: NASA, ESA, ESO-Chile, ALMA, NAOJ, NRAO; processamento de imagem: Joseph DePasquale (STScI)
As espirais são algumas das formas mais cativantes do universo. Eles aparecem em intrincadas conchas, teias de aranha cuidadosamente construídas e até mesmo nos cachos das ondas do mar. Espirais em escalas cósmicas – como vistas em galáxias – são ainda mais impressionantes, não apenas por sua beleza, mas também pela quantidade esmagadora de informações que contêm. Como as estrelas e os aglomerados de estrelas se formam? Até recentemente, uma resposta completa costumava ficar fora de alcance, bloqueada por gás e poeira. No primeiro ano de operações, o Telescópio Espacial James Webb da NASA ajudará os pesquisadores a completar um esboço mais detalhado do ciclo de vida estelar com imagens de luz infravermelha de alta resolução de 19 galáxias.
O telescópio também fornecerá algumas “peças de quebra-cabeça” importantes que estavam faltando até agora. “JWST toca em tantas fases diferentes do ciclo de vida estelar – tudo em tremenda resolução”, disse Janice Lee, cientista-chefe do Observatório Gemini no NOIRLab da National Science Foundation em Tucson, Arizona. “O Webb revelará a formação de estrelas em seus estágios iniciais, exatamente quando o gás colapsa para formar estrelas e aquece a poeira circundante.”
Lee é acompanhado por David Thilker da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, Maryland, Kathryn Kreckel da Universidade de Heidelberg na Alemanha, e 40 membros adicionais do programa de pesquisa multi-comprimento de onda conhecido como PHANGS (Physics at High Angular Resolution in Near GalaxieS). A missão deles? Não apenas para desvendar os mistérios da formação estelar com as imagens infravermelhas de alta resolução do Webb, mas também para compartilhar os conjuntos de dados com toda a comunidade astronômica para acelerar a descoberta.
Os Ritmos da Formação Estelar
O PHANGS é novo, em parte, porque reuniu mais de 100 especialistas internacionais para estudar a formação de estrelas do começo ao fim. Eles têm como alvo galáxias que podem ser vistas de frente da Terra e que estão, em média, a 50 milhões de anos-luz de distância. A grande colaboração começou com imagens de micro-ondas de 90 galáxias do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) No Chile. Os astrônomos usam esses dados para produzir mapas moleculares de gás para estudar as matérias-primas para a formação de estrelas. Uma vez o Telescópio muito grandeExplorador Espectroscópico de Várias Unidades (MUSA), também no Chile, ficou online, eles obtiveram dados conhecidos como espectros para estudar as fases posteriores da formação estelar de 19 galáxias, particularmente depois que os aglomerados de estrelas limparam gás e poeira próximos. O baseado no espaço telescópio espacial Hubble forneceu observações de luz visível e ultravioleta de 38 galáxias para adicionar imagens de alta resolução de estrelas individuais e aglomerados de estrelas.
Esta imagem da galáxia espiral NGC 1300 combina várias observações para mapear populações estelares e gás. A luz de rádio observada pelo Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), representada em amarelo, destaca as nuvens de gás molecular frio que fornecem a matéria-prima a partir da qual as estrelas se formam. Dados do instrumento Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) do Very Large Telescope é representado em vermelho e magenta, capturando o impacto de estrelas jovens e massivas em seu gás circundante. A luz visível e ultravioleta capturada pelo Telescópio Espacial Hubble destaca as faixas de poeira em dourado e estrelas muito jovens e quentes em azul. Imagens infravermelhas de alta resolução do Telescópio Espacial Webb ajudarão os pesquisadores a identificar onde as estrelas estão se formando atrás da poeira e estudar os primeiros estágios da formação de estrelas nesta galáxia.
Créditos: Ciência: NASA, ESA, ESO-Chile, ALMA, NAOJ, NRAO; processamento de imagem: Alyssa Pagan (STScI)
Os elementos ausentes, que Webb preencherá, estão em grande parte em áreas das galáxias que são obscurecidas pela poeira – regiões onde as estrelas estão começando a se formar ativamente. “Vamos ver claramente aglomerados de estrelas no coração dessas densas nuvens moleculares que antes só tínhamos evidências indiretas”, disse Thilker. “O Webb nos dá uma maneira de olhar dentro dessas ‘fábricas de estrelas’ para ver os aglomerados de estrelas recém-montados e medir suas propriedades antes que evoluam.”
Os novos dados também ajudarão a equipe a identificar as idades das populações estelares em uma amostra diversificada de galáxias, o que ajudará os pesquisadores a construir modelos estatísticos mais precisos. “Estamos sempre colocando o contexto das pequenas escalas no quadro geral das galáxias”, explicou Kreckel. “Com Webb, vamos traçar a sequência evolutiva das estrelas e aglomerados de estrelas de cada galáxia.”
Outra resposta importante que eles estão procurando envolve a poeira ao redor das estrelas, no meio interestelar. Webb os ajudará a determinar quais áreas do gás e poeira estão associadas a regiões específicas de formação de estrelas e quais são materiais interestelares flutuantes. “Isso não podia ser feito antes, além das galáxias mais próximas. Será transformador”, acrescentou Thilker.
A equipe também está trabalhando para entender o momento do ciclo de formação estelar. “As escalas de tempo são críticas em astronomia e física”, disse Lee. “Quanto tempo dura cada estágio da formação estelar? Como essas linhas do tempo podem variar em diferentes ambientes de galáxias? Queremos medir quando essas estrelas se libertam de suas nuvens de gás para entender como a formação estelar é interrompida.”
Ciência para todos
Essas observações do Webb serão tomadas como parte de um programa do Tesouro, o que significa que não apenas estarão disponíveis imediatamente ao público, mas também terão um valor científico amplo e duradouro. A equipe trabalhará para criar e liberar conjuntos de dados que alinhem os dados do Webb a cada um dos conjuntos de dados complementares do ALMA, MUSE e Hubble, permitindo que futuros pesquisadores analisem facilmente cada galáxia e suas populações estelares, ligando e desligando vários comprimentos de onda – e zoom em pixels individuais das imagens. Eles fornecerão inventários de diferentes fases do ciclo de formação de estrelas, incluindo regiões de formação de estrelas, estrelas jovens, aglomerados de estrelas e propriedades de poeira local.
Esta pesquisa será conduzida como parte dos programas General Observer (GO) da Webb, que são selecionados competitivamente usando um sistema de revisão anônimo duplo, o mesmo sistema usado para alocar tempo no Telescópio Espacial Hubble.
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciência espacial do mundo. Webb resolverá mistérios em nosso sistema solar, olhará além para mundos distantes em torno de outras estrelas e investigará as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, ESA (Agência Espacial Européia) e a Agência Espacial Canadense.