Entender a taxa de formação de estrelas (SFR) em uma galáxia é essencial para entender a galáxia em si. Algumas galáxias são galáxias starburst com SFRs extremamente altas, algumas são galáxias extintas ou quiescentes com SFRs muito baixas e algumas estão no meio. Pesquisadores usaram o JWST para observar um par de galáxias no Cosmic Noon que estão apenas começando a se fundir para ver como as SFRs variam em diferentes regiões de ambas as galáxias.
Um raro alinhamento de objetos massivos no espaço permitiu que astrônomos usando o Telescópio Espacial James Webb observassem um par de galáxias antigas e distantes que estão apenas começando a interagir e se fundir. O JWST vê as galáxias como elas eram há cerca de sete bilhões de anos, perto do fim do Meio-dia Cósmico do Universo. Meio-dia Cósmico foi quando a formação de estrelas estava no auge.
Uma das galáxias é uma galáxia azul, de frente, e a outra é uma galáxia vermelha empoeirada, de lado. O JWST só consegue vê-las por causa de um aglomerado de galáxias interveniente chamado MACS-J0417.5-1154. É uma lente gravitacional que amplia a luz do par de galáxias e espalha a luz das galáxias em um arco.
Os astrônomos encontraram muitas lentes gravitacionais e as usam regularmente para observar objetos que de outra forma seriam quase impossíveis de ver. Mas esta lente é diferente. É uma lente gravitacional umbilical hiperbólica e produz múltiplas imagens dos mesmos objetos, onde cada uma tem uma ampliação e brilho diferentes.
“Sabemos de apenas três ou quatro ocorrências de configurações de lentes gravitacionais semelhantes no universo observável, o que torna esta descoberta emocionante, pois demonstra o poder do Webb e sugere que talvez agora encontremos mais delas”, disse o astrônomo Guillaume Desprez da Saint Mary’s University em Halifax, Nova Escócia. Desprez trabalha com o Canadian NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS), a equipe que apresenta os resultados do Webb.
O aglomerado não só amplia as galáxias de fundo distantes, mas também distorce sua aparência e produz múltiplas cópias. Juntamente com uma não relacionada, as galáxias se combinam para parecer um ponto de interrogação. Elas foram apelidadas de Par de Galáxias Ponto de Interrogação.
Esta não é a primeira vez que astrônomos observam essas galáxias. O Hubble já observou isso antes. Mas o Hubble e o JWST veem as coisas de forma diferente. O JWST pode ver comprimentos de onda maiores de luz infravermelha que passam pela poeira cósmica, enquanto o Hubble só vê os comprimentos de onda da luz que ficam presos na poeira. Então, o Hubble não conseguiu detectar o formato do ponto de interrogação, enquanto o JWST conseguiu.
“Isso é simplesmente legal de se ver. Imagens incríveis como essa são o motivo pelo qual entrei na astronomia quando eu era jovem”, disse o astrônomo Marcin Sawicki da Saint Mary’s University, um dos pesquisadores líderes da equipe.
Mas o formato do ponto de interrogação é apenas uma curiosidade visual interessante. A pesquisa é sobre formação de estrelas, e esses resultados destacam a capacidade do JWST de identificar regiões de formação de estrelas em galáxias distantes.
“Saber quando, onde e como a formação de estrelas ocorre dentro das galáxias é crucial para entender como as galáxias evoluíram ao longo da história do universo”, disse o astrônomo Vicente Estrada-Carpenter da Saint Mary’s University. Estrada-Carpenter usou os dados ultravioleta do Hubble e infravermelho do Webb para mostrar onde novas estrelas estão se formando nas galáxias.
Os pesquisadores desenvolveram um novo método para sondar SFRs em diferentes escalas de tempo de cerca de dez milhões de anos e cem milhões de anos. A escala de tempo de dez milhões de anos baseou-se em Emissão H-alfa mapas de linha, e a escala de tempo de cem milhões de anos se baseou em observações UV. H-alfa é sensível a escalas de tempo de dez milhões de anos porque se origina de gás ao redor de estrelas massivas e de vida curta. UV é sensível a escalas de tempo de cem milhões de anos porque se origina de estrelas de vida mais longa.
Juntos, a proporção entre os dois pode resolver espacialmente a explosão da formação estelar.
Eles descobriram que as SFRs diminuem em distâncias maiores do centro galáctico. Isso não é surpreendente, já que o gás formador de estrelas tende a se acumular perto dos núcleos galácticos. No entanto, eles também descobriram que, no geral, a SFR aumentou por um fator de 1,6 nos últimos ~100 Myr, uma indicação de que as galáxias estão começando a se fundir.
Para entender melhor o aspecto da fusão, os pesquisadores dividiram o QMP em segmentos: protuberância e disco da galáxia azul, protuberância e disco vermelho e três tipos de aglomerados: explosão, equilíbrio e extinção.
“Ambas as galáxias no Par de Pontos de Interrogação mostram formação estelar ativa em várias regiões compactas, provavelmente um resultado do gás das duas galáxias colidindo”, disse Estrada-Carpenter. “No entanto, a forma de nenhuma das galáxias parece muito interrompida, então provavelmente estamos vendo o início de sua interação uma com a outra.”
Eles identificaram vinte aglomerados de formação de estrelas no par de galáxias, destacando a capacidade do JWST de resolver espacialmente a formação de estrelas em galáxias distantes. Desses 20, sete estavam passando por uma formação estelar explosiva, 10 estavam se extinguindo e três estavam em equilíbrio. A galáxia azul de frente, especialmente seu disco, está principalmente em uma fase de extinção, o que faz sentido, já que o JWST está vendo o par de galáxias como se estivessem perto do fim do Meio-dia Cósmico.
As galáxias crescem massivamente ao se fundirem, e um dos objetivos científicos do JWST é entender melhor as fusões e como elas afetam a formação de estrelas. O QMP pode estar começando a se fundir, o que apenas aumenta seu valor como um alvo observacional.
“O que torna o QMP tão interessante é que essas galáxias estão possivelmente no início de uma interação (já que suas morfologias não parecem ser perturbadas). Uma interação entre o par de galáxias pode levar a uma explosão de formação de estrelas, e essa pode ser a razão pela qual a galáxia azul de frente contém tantas regiões aglomeradas de formação de estrelas”, escrevem os autores em seu artigo.
Esses resultados também nos dão uma ideia de como era nossa galáxia durante o Meio-dia Cósmico.
“Essas galáxias, vistas bilhões de anos atrás quando a formação de estrelas estava no auge, são similares à massa que a Via Láctea teria naquela época. Webb está nos permitindo estudar como teriam sido os anos da adolescência da nossa própria galáxia”, disse Sawicki.
