Nos anos anteriores ao lançamento do JWST, os esforços dos astrónomos para compreender o Universo primordial foram frustrados por um obstáculo persistente: a luz do Universo primordial sofreu um desvio para o vermelho a um grau extremo. O JWST foi construído com redshifts extremos em mente, e um de seus objetivos era estudar Montagem Galáxia.

Assim que o JWST ativou seu olho segmentado de berílio, a luz mais antiga do Universo, com desvio para o vermelho, tornou-se visível.

A luz emitida pelas primeiras galáxias não é apenas fraca, mas foi ampliada por milhares de milhões de anos de expansão cósmica. As galáxias que emitiram essa luz são chamadas de galáxias com alto redshift, onde o redshift é indicado pela letra z. Desde que mudou para o vermelho, apenas telescópios infravermelhos podem vê-lo. Telescópios como o Hubble e o Spitzer podem ver alguma luz com desvio para o vermelho. Mas o JWST tem muito mais poder do que os seus antecessores, permitindo-lhe efetivamente ver mais atrás no tempo.

“A utilização de instrumentos avançados como o JWST permite-nos estudar galáxias mais distantes com maior detalhe do que nunca.”

Yicheng Guo, Departamento de Física e Astronomia, Universidade de Missouri

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As observações mostraram que as galáxias crescem através de fusões e colisões e que até 60% de todas as galáxias são espirais. Mas como foi o processo? Quando surgiram as primeiras espirais? Uma resposta a essa pergunta surge e afeta outras questões pendentes sobre galáxias.

Os braços espirais hospedam a formação estelar ativa, onde gerações sucessivas de estrelas criam elementos mais pesados. Esses elementos permitem a formação de planetas rochosos e também são um requisito para a vida. Assim, uma compreensão de quando as galáxias espirais se formaram ajuda os astrónomos a compreender os parâmetros da formação estelar, da formação de planetas rochosos e até, potencialmente, do aparecimento da vida.

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“Saber quando as galáxias espirais se formaram no universo tem sido uma questão popular na astronomia porque nos ajuda a compreender a evolução e a história do cosmos.”

Vicki Kuhn, Departamento de Física e Astronomia, Universidade de Missouri

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Um dos esforços de observação do JWST é o CEERS, o Pesquisa Científica de Liberação Antecipada da Evolução Cósmica. No CEERS, o JWST foi o primeiro telescópio a capturar imagens das primeiras galáxias do Universo. O CEERS encontrou o buraco negro supermassivo ativo mais distante e as galáxias que existiram no passado distante, quando o Universo tinha apenas 500 a 700 milhões de anos de idade.

Imagem de cientistas do CEERS observando o mosaico colorido NIRCam da Época 1 no laboratório de visualização do TACC na UT Austin. Crédito: R. Larson
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Uma nova pesquisa publicada no The Astrophysical Journal Letters examinou galáxias do CEERS para determinar quantas dessas galáxias antigas eram espirais. O título é “JWST revela uma fração surpreendentemente alta de galáxias semelhantes a espirais em 0,5 ≤ z ≤ 4.” A primeira autora é Vicki Kuhn, estudante de pós-graduação do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Missouri.

“Anteriormente, os cientistas acreditavam que a maioria das galáxias espirais se desenvolveu cerca de 6 a 7 mil milhões de anos após a formação do Universo”, disse Yicheng Guo, professor associado do Departamento de Física e Astronomia de Mizzou (Universidade do Missouri) e co-autor do estudo. “No entanto, o nosso estudo mostra que as galáxias espirais já prevaleciam 2 mil milhões de anos depois. Isto significa que a formação de galáxias aconteceu mais rapidamente do que pensávamos anteriormente.”

Em sua carta de pesquisa, os autores examinaram 873 galáxias do CEERS com desvio para o vermelho 0,5 ≤ z ≤ 4 e massa estelar ≤ 1010 massas solares. Eles descobriram que 216 deles tinham estruturas espirais. “Esta fração é surpreendentemente alta e implica que a formação de braços espirais, bem como de discos, ocorreu anteriormente no Universo”, escrevem os autores no seu artigo.

Esta figura da pesquisa mostra algumas das galáxias da amostra.  O desvio para o vermelho aumenta da esquerda para a direita, e as linhas de cima para baixo mostram a gama de galáxias classificadas como espirais a não espirais. "A estrutura espiral é mais fácil de ver nas faixas de redshift mais baixas e torna-se menos pronunciada em redshifts mais altos." os autores escrevem.  As três linhas superiores mostram galáxias identificadas como espirais com forte confiança, as três linhas do meio mostram galáxias identificadas como espirais com menos confiança e a linha inferior mostra não espirais.  Crédito da imagem: Kuhn et al.  2024
Esta figura da pesquisa mostra algumas das galáxias da amostra. O desvio para o vermelho aumenta da esquerda para a direita, e as linhas de cima para baixo mostram a gama de galáxias classificadas como espirais a não espirais. “A estrutura espiral é mais fácil de ver nas faixas de redshift mais baixas e torna-se menos pronunciada em redshifts mais elevados.” os autores escrevem. As três linhas superiores mostram galáxias identificadas como espirais com forte confiança, as três linhas do meio mostram galáxias identificadas como espirais com menos confiança e a linha inferior mostra não espirais. Crédito da imagem: Kuhn et al. 2024
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“Saber quando as galáxias espirais se formaram no universo tem sido uma questão popular na astronomia porque nos ajuda a compreender a evolução e a história do cosmos”, disse o autor principal Kuhn. “Existem muitas ideias teóricas sobre como os braços espirais são formados, mas os mecanismos de formação podem variar entre os diferentes tipos de galáxias espirais. Esta nova informação ajuda-nos a combinar melhor as propriedades físicas das galáxias com as teorias – criando uma linha do tempo cósmica mais abrangente.”

As galáxias espirais começaram como discos de gás. Estes resultados, quando combinados com outros estudos de galáxias com elevado desvio para o vermelho, pintam um quadro da história da evolução das galáxias no Universo primordial. Discos gasosos dinamicamente quentes aparecem em torno de z = 4 a 5. Esses discos se estabilizaram para se tornarem discos gasosos dinamicamente frios em torno de z = 3 a 4. Como as estrelas se formam quando o gás esfria e se aglomera, um grande número de discos estelares dinamicamente frios apareceram em z = 3 a 4, conforme indicado pelos seus braços espirais.

Esta pesquisa também ilumina as relações entre os braços espirais e outras subestruturas galácticas. Discos ricos em gás com altos redshifts são muito turbulentos e as instabilidades gravitacionais formam aglomerados gigantes de formação de estrelas. Mais tarde, as estrelas quentes dispersam as velocidades das galáxias jovens, permitindo-lhes estabilizar e tornar-se menos turbulentas. Estas protuberâncias de formação estelar também podem fundir-se, ajudando a estabilizar ainda mais os discos. A conclusão é que as instabilidades gravitacionais levam principalmente a braços espirais, com os aglomerados desempenhando um papel secundário, uma vez que coexistem com espirais em altos desvios para o vermelho.

Os autores apontam algumas ressalvas em seu trabalho. Galáxias que estão se fundindo podem aparecer como espirais. As caudas longas predominantes durante as fusões podem parecer braços espirais, então seus números podem estar um pouco errados. Mas, por outro lado, as espirais também podem parecer fusões, aumentando a incerteza. “Esta situação é mais grave para galáxias em z > 2, já que se acredita que a fração de fusão seja maior”, escrevem os autores.

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Mas estes factos provavelmente não afectam muito a conclusão. “A fração espiral observada diminui com o aumento do desvio para o vermelho, de ~43% em z = 1 para ~4% em z = 3”, concluem os pesquisadores. Portanto, embora as espirais sejam mais raras à medida que olhamos para trás no tempo, elas ainda são mais abundantes antes do que se pensava.

“O uso de instrumentos avançados como o JWST nos permite estudar galáxias mais distantes com mais detalhes do que nunca”, disse Guo. “Os braços espirais de uma galáxia são uma característica fundamental usada pelos astrónomos para categorizar as galáxias e compreender como se formam ao longo do tempo. Embora ainda tenhamos muitas questões sobre o passado do Universo, a análise destes dados ajuda-nos a descobrir pistas adicionais e a aprofundar a nossa compreensão da física que moldou a natureza do nosso Universo.”

Fonte: InfoMoney

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Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.