Uma das questões mais fundamentais da astronomia é: como se formaram as primeiras estrelas e galáxias? O Telescópio Espacial James Webb da NASA já está fornecendo novos insights sobre esta questão. Um dos maiores programas no primeiro ano de ciência de Webb é o JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), que passará cerca de 32 dias de tempo de telescópio descobrindo e caracterizando galáxias distantes e fracas. Enquanto os dados ainda estão chegando, JADES já descobriu centenas de galáxias que existiam quando o Universo tinha menos de 600 milhões de anos. A equipe também identificou galáxias brilhando com uma infinidade de estrelas jovens e quentes.
Esses resultados serão divulgados em 242ª Reunião da Sociedade Astronômica Americana em Albuquerque, Novo México.
“Com o JADES, queremos responder a muitas perguntas, como: Como as primeiras galáxias se juntaram? Com que rapidez eles formaram estrelas? Por que algumas galáxias param de formar estrelas?” disse Marcia Rieke, da Universidade do Arizona em Tucson, colíder do programa JADES.
fábricas de estrelas
Ryan Endsley, da Universidade do Texas em Austin, liderou um estudo de galáxias que existiam 500 a 850 milhões de anos após o Big Bang. Este foi um período crucial conhecido como a época da reionização. Centenas de milhões de anos após o Big Bang, o universo foi preenchido por uma nebulosa gasosa que o tornou opaco à luz energética. Um bilhão de anos após o Big Bang, a névoa se dissipou e o universo se tornou transparente, um processo conhecido como reionização. Os cientistas têm debatido se buracos negros supermassivos ativos ou galáxias cheias de estrelas jovens e quentes são a principal causa da reionização.
Como parte do programa JADES, Endsley e seus colegas estudaram essas galáxias usando o instrumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de Webb para procurar sinais de formação estelar – e os encontraram em abundância. “Quase todas as galáxias que encontramos exibem essas assinaturas de linha de emissão incomumente fortes, que indicam intensa formação estelar recente. Essas primeiras galáxias eram muito boas em produzir estrelas quentes e massivas”, disse Endsley.
Essas estrelas massivas e brilhantes ejetavam fluxos de luz ultravioleta que transformavam o gás circundante de opaco em transparente, ionizando átomos e removendo elétrons de seus núcleos. Como essas primeiras galáxias tinham uma população tão grande de estrelas quentes e massivas, elas podem ter sido a principal causa do processo de reionização. A reunião posterior dos elétrons e núcleos cria as linhas de emissão notavelmente fortes.
Endsley e seus colegas também encontraram evidências de que essas jovens galáxias passaram por períodos de rápida formação estelar pontuados por períodos quiescentes de menor formação estelar. Esses ataques e lançamentos podem ter ocorrido quando as galáxias capturavam aglomerados de matérias-primas gasosas necessárias para a formação de estrelas. No entanto, como as estrelas massivas explodem rapidamente, elas podem ter injetado periodicamente energia no ambiente, impedindo a condensação do gás para formar novas estrelas.
O universo primitivo revelado
Outro componente do programa JADES é a busca pelas primeiras galáxias que existiram quando o Universo tinha menos de 400 milhões de anos. Ao estudar essas galáxias, os astrônomos podem explorar como a formação estelar nos primeiros anos após o Big Bang diferiu da atual. A luz de galáxias distantes está sendo esticada para comprimentos de onda mais longos e cores mais vermelhas pela expansão do universo – um fenômeno chamado desvio para o vermelho. Ao medir o desvio para o vermelho de uma galáxia, os astrônomos podem descobrir a que distância ela está e quando ela existiu no início do Universo. Antes de Webb, apenas algumas dezenas de galáxias acima do redshift 8 foram observadas quando o Universo tinha menos de 650 milhões de anos, mas JADES agora descobriu quase mil dessas galáxias extremamente distantes.
O padrão-ouro para determinar o desvio para o vermelho é observar o espectro de uma galáxia, que mede seu brilho em uma miríade de comprimentos de onda próximos. No entanto, uma boa aproximação pode ser obtida fotografando uma galáxia com filtros, cada um cobrindo uma estreita faixa de cores, para obter algumas medidas de brilho. Isso permite aos pesquisadores estimar as distâncias de muitos milhares de galáxias de uma só vez.
Kevin Hainline, da Universidade do Arizona em Tucson, e seus colegas usaram o instrumento de câmera de infravermelho próximo (NIRCam) de Webb para obter essas medições, chamadas redshifts fotométricos, e identificaram mais de 700 galáxias candidatas que existiam quando o Universo tinha entre 370 e 650 milhões de tamanho. anos. O grande número dessas galáxias excedeu em muito as previsões de observações feitas antes do lançamento do Webb. A excelente resolução e sensibilidade do observatório permitem que os astrônomos vejam essas galáxias distantes melhor do que nunca.
“No passado, as primeiras galáxias que podíamos ver pareciam apenas pequenas bolhas. E, no entanto, esses pontos representam milhões ou até bilhões de estrelas no início do universo”, disse Hainline. “Agora podemos ver que alguns deles são na verdade objetos estendidos com estrutura visível. Podemos ver aglomerados de estrelas nascendo apenas algumas centenas de milhões de anos após o início do tempo.”
“Descobrimos que a formação de estrelas no universo primordial é muito mais complicada do que pensávamos”, acrescentou Rieke.
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