Antigas galáxias estelares que se formaram 2 a 3 mil milhões de anos após o Big Bang são invulgarmente quentes e contêm elementos inesperados, como o níquel, de acordo com uma nova análise de dados recolhidos pelo inquérito CECILIA (Chemical Evolution Constrained using Ionized Lines in Interstellar Aurorae).
Esta imagem do Webb mostra galáxias membros do aglomerado de galáxias A2744-z7p9OD. Crédito da imagem: NASA/ESA/CSA/T. Morishita, IPAC/A. Pagan, STScI.
Na juventude do Universo, muitas galáxias passaram por um período de intensa formação estelar.
Hoje, algumas galáxias, como a nossa Via Láctea, ainda formam novas estrelas, embora não tão rapidamente. Outras galáxias pararam completamente de formar estrelas.
Este novo trabalho pode ajudar os astrónomos a compreender as razões por detrás destas diferentes trajetórias.
“Estamos tentando entender como as galáxias cresceram e mudaram ao longo dos 14 bilhões de anos de história cósmica”, disse a Dra. Allison Strom, astrônoma da Northwestern University.
“Usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA, nosso programa tem como alvo galáxias ‘adolescentes’ quando elas estavam passando por um período complicado de surtos de crescimento e mudanças.”
Strom e colegas estudaram os espectros de 33 galáxias distantes, separando a sua luz nos comprimentos de onda que os compõem.
“Fizemos a média dos espectros de todas as 33 galáxias para criar o espectro mais profundo de uma galáxia distante já visto – que levaria 600 horas de telescópio para replicar”, disse a Dra. Gwen Rudie, astrônoma dos Observatórios Carnegie.
“Isso nos permitiu criar uma espécie de atlas que informará futuras observações do Webb de objetos muito distantes.”
Usando os espectros, os astrônomos conseguiram identificar oito elementos distintos: hidrogênio, hélio, nitrogênio, oxigênio, silício, enxofre, argônio e níquel.
“Estes elementos existentes nestas galáxias não são uma surpresa, mas a nossa capacidade de medir a sua luz não tem precedentes e mostra o poder de Webb”, disse o Dr.
Todos os elementos mais pesados que o hidrogênio e o hélio se formam dentro das estrelas.
Quando as estrelas explodem em eventos violentos como as supernovas, expelem estes elementos para o ambiente cósmico, onde são incorporados na próxima geração estelar.
Assim, ao revelar a presença de certos elementos nestas galáxias primitivas, os astrónomos podem aprender como a formação estelar muda ao longo da sua evolução.
Os autores ficaram surpresos com a presença de níquel, que é particularmente difícil de observar.
“Nunca, em meus sonhos mais loucos, imaginei que veríamos níquel. Mesmo em galáxias próximas, as pessoas não observam isso”, disse o Dr. Strom.
“Tem que haver um elemento suficiente presente em uma galáxia e as condições certas para observá-lo.”
“Ninguém nunca fala sobre observar níquel. Os elementos têm que brilhar no gás para que possamos vê-los.”
“Portanto, para que possamos ver o níquel, pode haver algo único nas estrelas das galáxias.”
As galáxias adolescentes também eram extremamente quentes: enquanto os bolsões de galáxias mais quentes podem atingir mais de 9.700 graus Celsius, as primeiras galáxias atingem temperaturas superiores a 13.350 graus Celsius.
“Esperávamos que estas primeiras galáxias tivessem uma química muito, muito diferente da nossa Via Láctea e das galáxias que nos rodeiam hoje”, disse o Dr.
“Mas ainda ficamos surpresos com o que Webb revelou.”
A descoberta é descrita em um papel no Cartas de diários astrofísicos.
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Allison L. Strom e outros. 2023. CECILIA: O fraco espectro de linhas de emissão de z ∼ 2–3 galáxias formadoras de estrelas. ApJL 958, L11; doi: 10.3847/2041-8213/ad07dc
