Um dos principais objetivos do Telescópio Espacial James Webb (JWST) vai estudar o Universo primordial usando a sua poderosa óptica infravermelha para detectar as primeiras galáxias enquanto ainda estavam em formação. Usando Webb dados, uma equipe liderada pelo Centro Cósmico do Amanhecer na Dinamarca identificou três galáxias que parecem ter-se formado ativamente apenas 400 a 600 milhões de anos após o Big Bang. Isto os coloca dentro do Era da Reionizaçãoquando o Universo era permeado por nuvens opacas de hidrogênio neutro que eram lentamente aquecidas e ionizadas pelas primeiras estrelas e galáxias.
Este processo fez com que o Universo se tornasse transparente cerca de mil milhões de anos após o Big Bang e (portanto) visível para os astrónomos hoje. Quando a equipe consultou os dados obtidos por Webbeles observaram que essas galáxias estavam cercadas por um quantidade incomum de gás denso composto quase inteiramente de hidrogênio e hélio, que provavelmente se tornou combustível para um maior crescimento galáctico. Estas descobertas já revelam informações valiosas sobre a formação das primeiras galáxias e mostram como Webb está excedendo os objetivos da sua missão.
A pesquisa foi liderada por Kasper E. Heintzpesquisador do Hubble da NASA e professor assistente de astrofísica, e seus colegas do Cosmic Dawn Center (DAWN) no Instituto Niels Bohr. A eles se juntaram pesquisadores da ETH Zurich, a Instituto MIT Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacialo Instituto de Ciências do Telescópio Espacial (STScI), o Associação de Universidades de Pesquisa em Astronomia (AURA), a Agência Espacial Europeia (ESA), a NSF Laboratório Nacional de Pesquisa em Astronomia Óptica-Infravermelha (NOIRLab) e várias universidades.
De acordo com modelos de formação de galáxias, acredita-se que as primeiras galáxias tenham resultado da queda de gás neutro e puro nos primeiros halos protogalácticos. No entanto, a abundância de hidrogénio atómico neutro nas galáxias permaneceu desconhecida devido à dificuldade de observar os primeiros períodos cosmológicos. “Essas galáxias são como ilhas cintilantes em um mar de gás opaco e neutro”, explicou Heintz em um relatório da NASA. Comunicado de imprensa. “Sem Webb, não seríamos capazes de observar estas galáxias muito primitivas, muito menos de aprender muito sobre a sua formação.”
Como as galáxias pareciam pouco mais do que manchas vermelhas nas imagens do Webb, a equipe também se baseou em dados obtidos por Webbde Câmera infravermelha próxima (NIRCam) através do Ciência de lançamento antecipado da evolução cósmica (CEERS) Pesquisado e compartilhado através do Ciência de lançamento antecipado (ERS). Os espectros revelaram que a luz destas galáxias é absorvida por grandes quantidades de gás hidrogénio neutro. Eles então combinaram o Webb dados para modelos de formação estelar, que revelaram que estas galáxias são povoadas principalmente por estrelas jovens. Disse o co-autor Darach Watson, professor da DAWN:
“O gás deve estar muito difundido e cobrir uma fração muito grande da galáxia. Isto sugere que estamos vendo a montagem de gás hidrogênio neutro em galáxias. Esse gás irá esfriar, se aglomerar e formar novas estrelas. O facto de estarmos a observar grandes reservatórios de gás também sugere que as galáxias ainda não tiveram tempo suficiente para formar a maior parte das suas estrelas.”
“Estamos nos afastando da imagem das galáxias como ecossistemas isolados”, acrescentou Simone Nielsen, coautora e estudante de doutorado na DAWN. “Nesta fase da história do universo, as galáxias estão todas intimamente ligadas ao meio intergaláctico com os seus filamentos e estruturas de gás puro.”
Estes resultados ilustram o que agora é possível para os astrónomos, graças aos telescópios da próxima geração como o Webb. É claro que permanecem muitas questões sem resposta, uma das quais tem a ver com a distribuição do gás frio nestas galáxias primitivas. Por exemplo, quanto está localizado perto do centro das galáxias em comparação com seus arredores? Além disso, os astrónomos ainda não têm a certeza se este gás é puro ou já está povoado por elementos mais pesados. Como Heintz indicou, “o próximo passo é construir grandes amostras estatísticas de galáxias e quantificar detalhadamente a prevalência e proeminência das suas características”.
