O Telescópio Espacial James Webb descobriu um número notável de supernovas distantes, fornecendo novos insights sobre a estrutura e expansão do universo primitivo. Isto inclui a detecção de supernovas do Tipo Ia a distâncias sem precedentes, contribuindo para a nossa compreensão das distâncias cósmicas e da expansão do Universo. Crédito: SciTechDaily.com
NASAde Telescópio Espacial James Webb está provando ser excelente como caçador de supernovas! Graças à sua extrema sensibilidade infravermelha, Webb está descobrindo supernovas distantes em quase todos os lugares para onde olha.
Webb é ideal para identificar supernovas extremamente distantes devido a um fenômeno chamado redshift cosmológico, no qual a luz que viaja através do universo é esticada em comprimentos de onda mais longos. A luz visível de supernovas antigas é tão esticada que acaba no infravermelho. Os instrumentos de Webb estão sintonizados para ver luz infravermelha, tornando-os ideais para encontrar estas supernovas distantes.
Uma equipe identificou 10 vezes mais supernovas distantes do que se conhecia anteriormente, usando dados de uma pesquisa profunda do Webb sobre o universo primitivo. Este estudo é o primeiro grande passo em direção a pesquisas mais extensas de supernovas antigas com o Webb.
O JADES Deep Field usa observações feitas pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA como parte do programa JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). Uma equipe de astrônomos que estuda dados JADES identificou cerca de 80 objetos (circulados em verde) que mudaram de brilho ao longo do tempo. A maioria desses objetos, conhecidos como transientes, são o resultado da explosão de estrelas ou supernovas. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Colaboração JADES
Telescópio Espacial Webb abre nova janela para a ciência das supernovas
Olhando profundamente para o cosmos, o Telescópio Espacial James Webb da NASA está a fornecer aos cientistas o primeiro vislumbre detalhado de supernovas de uma época em que o nosso Universo tinha apenas uma pequena fracção da sua idade actual. Uma equipe usando dados do Webb identificou 10 vezes mais supernovas no universo primitivo do que se sabia anteriormente. Algumas das estrelas recém-descobertas em explosão são os exemplos mais distantes do seu tipo, incluindo aquelas usadas para medir a taxa de expansão do Universo.
“Webb é uma máquina de descoberta de supernovas”, disse Christa DeCoursey, estudante do terceiro ano do Observatório Steward e da Universidade do Arizona em Tucson. “O grande número de detecções mais as grandes distâncias a estas supernovas são os dois resultados mais entusiasmantes do nosso estudo.”
DeCoursey apresentou estas descobertas numa conferência de imprensa na 244ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em Madison, Wisconsin.
Crédito: NASA, ESA, CSA, Ann Feild (STScI)
‘Uma máquina de descoberta de supernovas’
Para fazer essas descobertas, a equipe analisou dados de imagens obtidos como parte do programa JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Webb é ideal para encontrar supernovas extremamente distantes porque a sua luz é esticada em comprimentos de onda mais longos — um fenómeno conhecido como redshift cosmológico. (Veja a imagem acima.)
Antes do lançamento de Webb, apenas algumas supernovas tinham sido encontradas acima do desvio para o vermelho de 2, o que corresponde a quando o Universo tinha apenas 3,3 mil milhões de anos – apenas 25% da sua idade atual. A amostra JADES contém muitas supernovas que explodiram ainda mais no passado, quando o Universo tinha menos de 2 mil milhões de anos.
Anteriormente, os pesquisadores usaram o da NASA telescópio espacial Hubble para ver supernovas de quando o universo estava no estágio de “jovem adulto”. Com o JADES, os cientistas estão vendo supernovas quando o universo estava na “adolescência” ou “pré-adolescência”. No futuro, eles esperam olhar para trás, para a fase “infantil” ou “infantil” do universo.
Para descobrir as supernovas, a equipa comparou múltiplas imagens tiradas com um intervalo de um ano e procurou fontes que desapareceram ou apareceram nessas imagens. Esses objetos que variam no brilho observado ao longo do tempo são chamados de transientes, e as supernovas são um tipo de transiente. Ao todo, a equipe do JADES Transient Survey Sample descobriu cerca de 80 supernovas em um trecho do céu com apenas a espessura de um grão de arroz mantido à distância de um braço.
Este mosaico exibe três dos cerca de 80 transientes, ou objetos com brilho variável, identificados em dados do programa JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). A maioria dos transientes é resultado da explosão de estrelas ou supernovas. Ao comparar imagens tiradas em 2022 e 2023, os astrônomos puderam localizar supernovas que, da nossa perspectiva, explodiram recentemente (como os exemplos mostrados nas duas primeiras colunas), ou supernovas que já haviam explodido e cuja luz estava desaparecendo (terceira coluna).
A idade de cada supernova pode ser determinada a partir do seu desvio para o vermelho (designado por ‘z’). A luz da supernova mais distante, com um desvio para o vermelho de 3,8, originou-se quando o Universo tinha apenas 1,7 mil milhões de anos. Um desvio para o vermelho de 2,845 corresponde a 2,3 mil milhões de anos após o Big Bang. O exemplo mais próximo, com um desvio para o vermelho de 0,655, mostra a luz que deixou a sua galáxia há cerca de 6 mil milhões de anos, quando o Universo tinha pouco mais de metade da sua idade atual.
Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Christa DeCoursey (Universidade do Arizona), Colaboração JADES
“Esta é realmente a nossa primeira amostra de como é o universo com alto desvio para o vermelho para a ciência transitória”, disse o companheiro de equipe Justin Pierel, pesquisador Einstein da NASA no Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore, Maryland. “Estamos tentando identificar se as supernovas distantes são fundamentalmente diferentes ou muito parecidas com o que vemos no universo próximo.”
Pierel e outros pesquisadores do STScI forneceram análises especializadas para determinar quais transientes eram realmente supernovas e quais não eram, porque muitas vezes pareciam muito semelhantes.
A equipe identificou uma série de supernovas com alto desvio para o vermelho, incluindo a mais distante já confirmada espectroscopicamente, com um desvio para o vermelho de 3,6. A sua estrela progenitora explodiu quando o Universo tinha apenas 1,8 mil milhões de anos. É a chamada supernova de colapso do núcleo, uma explosão de uma estrela massiva.
Esta animação mostra a explosão de um anã branca, um remanescente extremamente denso de uma estrela que não consegue mais queimar combustível nuclear em seu núcleo. Nesta supernova “tipo Ia”, a gravidade da anã branca rouba material de uma companheira estelar próxima. Quando a anã branca atinge cerca de 1,4 vezes a massa atual do Sol, ela não consegue mais sustentar seu próprio peso e explode. Crédito: NASA/JPL-Caltech
Descobrindo supernovas distantes do tipo Ia
De particular interesse para os astrofísicos são as supernovas do Tipo Ia. (Veja o vídeo acima.) Essas estrelas em explosão são tão previsivelmente brilhantes que são usadas para medir distâncias cósmicas distantes e ajudar os cientistas a calcular a taxa de expansão do universo. A equipe identificou pelo menos uma supernova do Tipo Ia com um desvio para o vermelho de 2,9. A luz desta explosão começou a viajar até nós há 11,5 mil milhões de anos, quando o Universo tinha apenas 2,3 mil milhões de anos. O recorde anterior de distância para uma supernova Tipo Ia confirmada espectroscopicamente era um desvio para o vermelho de 1,95, quando o Universo tinha 3,4 mil milhões de anos.
Os cientistas estão ansiosos por analisar supernovas do Tipo Ia com desvios para o vermelho elevados para ver se todas têm o mesmo brilho intrínseco, independentemente da distância. Isto é extremamente importante, porque se o seu brilho variasse com o desvio para o vermelho, não seriam marcadores fiáveis para medir a taxa de expansão do Universo.
Pierel analisou esta supernova Tipo Ia encontrada no redshift 2,9 para determinar se o seu brilho intrínseco era diferente do esperado. Embora este seja apenas o primeiro objeto desse tipo, os resultados não indicam nenhuma evidência de que o brilho do Tipo Ia mude com o desvio para o vermelho. São necessários mais dados, mas, por enquanto, as teorias baseadas nas supernovas do Tipo Ia sobre a taxa de expansão do Universo e o seu destino final permanecem intactas. Pierel também apresentou suas descobertas na 244ª reunião da Sociedade Astronômica Americana.
Olhando para o futuro
O universo primitivo era um lugar muito diferente, com ambientes extremos. Os cientistas esperam ver supernovas antigas provenientes de estrelas que contêm muito menos elementos químicos pesados do que estrelas como o nosso Sol. A comparação destas supernovas com as do universo local ajudará os astrofísicos a compreender a formação de estrelas e os mecanismos de explosão de supernovas nestes tempos primitivos.
“Estamos essencialmente abrindo uma nova janela para o universo transitório”, disse Matthew Siebert, bolsista do STScI, que lidera a análise espectroscópica das supernovas JADES. “Historicamente, sempre que fizemos isso, encontramos coisas extremamente interessantes – coisas que não esperávamos.”
“Como Webb é tão sensível, encontra supernovas e outros transientes em quase todos os lugares para onde aponta”, disse Eiichi Egami, membro da equipa JADES e professor investigador da Universidade do Arizona, em Tucson. “Este é o primeiro passo significativo em direção a pesquisas mais extensas de supernovas com o Webb.”
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb está resolvendo mistérios em nosso sistema solar, olhando além, para mundos distantes em torno de outras estrelas, e investigando as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, a ESA (Agência Espacial Europeia) e CSA (Agência Espacial Canadense).
