Pesquisadores usando o Telescópio Espacial James Webb fizeram descobertas inovadoras na galáxia GN-z11, que é uma das galáxias mais distantes e luminosas conhecidas. Eles identificaram um buraco negro supermassivo responsável pelo brilho da galáxia e encontraram um aglomerado de gás primitivo que pode levar à descoberta das primeiras estrelas do universo, fornecendo informações significativas sobre a evolução cósmica. (Conceito do artista.) Crédito: SciTechDaily.com
Cumprindo sua promessa de transformar nossa compreensão do universo primitivo, o Telescópio Espacial James Webb está investigando galáxias perto do início dos tempos. Uma delas é a galáxia excepcionalmente luminosa GN-z11, que existia quando o universo tinha apenas uma pequena fração da sua idade atual. Uma das galáxias mais jovens e distantes já observadas, é também uma das mais enigmáticas. Por que é tão brilhante? Webb parece ter encontrado a resposta.
Cientistas que usaram Webb para estudar GN-z11 também descobriram algumas evidências tentadoras da existência de estrelas de População III aninhadas nos arredores desta galáxia remota. Estas estrelas indescritíveis – as primeiras a trazer luz ao universo – são puramente feitas de hidrogénio e hélio. Nenhuma detecção definitiva de tais estrelas foi feita, mas os cientistas sabem que elas devem existir. Agora, com Webb, a descoberta deles parece mais próxima do que nunca.
Esta imagem do instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) de Webb mostra uma parte do campo de galáxias GOODS-Norte. No canto inferior direito, um recorte destaca a galáxia GN-z11, que é vista apenas 430 milhões de anos após o big bang. A imagem revela uma componente estendida, traçando a galáxia hospedeira GN-z11, e uma fonte central cujas cores são consistentes com as de um disco de acreção que rodeia um buraco negro. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (Universidade do Arizona), Daniel Eisenstein (CfA)
Webb desvenda os segredos de uma das galáxias mais distantes já vistas
Olhando profundamente para o espaço e o tempo, duas equipes usando NASAO Telescópio Espacial James Webb estudou a galáxia excepcionalmente luminosa GN-z11, que existia quando o nosso universo de 13,8 mil milhões de anos tinha apenas cerca de 430 milhões de anos.
Detectada inicialmente com o Telescópio Espacial Hubble da NASA, esta galáxia — uma das mais jovens e mais distantes já observadas — é tão brilhante que desafia os cientistas a compreender porquê. Agora, o GN-z11 está revelando alguns de seus segredos.
Buraco negro vigoroso é o mais distante já encontrado
Uma equipe que estuda GN-z11 com Webb encontrou a primeira evidência clara de que a galáxia hospeda uma galáxia central supermassiva. buraco negro isso está acumulando matéria rapidamente. A sua descoberta torna este o buraco negro supermassivo ativo mais distante descoberto até à data.
“Encontramos gás extremamente denso que é comum nas proximidades de buracos negros supermassivos que acumulam gás”, explicou o investigador principal Roberto Maiolino do Laboratório Cavendish e do Instituto Kavli de Cosmologia da Universidade de Cambridge, no Reino Unido. “Estas foram as primeiras assinaturas claras de que GN-z11 hospeda um buraco negro que devora matéria.”
Usando Webb, a equipe também encontrou indicações de elementos químicos ionizados normalmente observados perto de buracos negros supermassivos em acreção. Além disso, eles descobriram um vento muito poderoso sendo expelido pela galáxia. Esses ventos de alta velocidade são normalmente impulsionados por processos associados à acreção vigorosa de buracos negros supermassivos.
“A NIRCam (Near-Infrared Camera) de Webb revelou um componente estendido, traçando a galáxia hospedeira, e uma fonte central e compacta cujas cores são consistentes com as de um disco de acreção em torno de um buraco negro”, disse a investigadora Hannah Übler, também do Laboratório Cavendish e Instituto Kavli.
Juntas, essas evidências mostram que GN-z11 hospeda um buraco negro supermassivo com 2 milhões de massa solar em uma fase muito ativa de consumo de matéria, e é por isso que é tão luminoso.
Aglomerado de gás imaculado no Halo do GN-z11 intriga pesquisadores
Uma segunda equipe, também liderada por Maiolino, usou o NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de Webb para encontrar um aglomerado gasoso de hélio no halo que circunda o GN-z11.
“O facto de não vermos mais nada para além do hélio sugere que este aglomerado deve ser bastante imaculado,” disse Maiolino. “Isto é algo que era esperado pela teoria e pelas simulações nas proximidades de galáxias particularmente massivas destas épocas – que deveria haver bolsas de gás primitivo sobrevivendo no halo, e estas podem entrar em colapso e formar aglomerados estelares de População III.”
Encontrar as estrelas da População III nunca antes vistas — a primeira geração de estrelas formadas quase inteiramente a partir de hidrogénio e hélio — é um dos objetivos mais importantes da astrofísica moderna. Prevê-se que estas estrelas sejam muito massivas, muito luminosas e muito quentes. A sua assinatura esperada é a presença de hélio ionizado e a ausência de elementos químicos mais pesados que o hélio.
A formação das primeiras estrelas e galáxias marca uma mudança fundamental na história cósmica, durante a qual o universo evoluiu de um estado escuro e relativamente simples para o ambiente altamente estruturado e complexo que vemos hoje.
Em futuras observações de Webb, Maiolino, Übler e a sua equipa irão explorar GN-z11 em maior profundidade e esperam fortalecer o caso das estrelas de População III que podem estar a formar-se no seu halo.
O pesquisar sobre o aglomerado de gás puro no halo do GN-z11 foi aceito para publicação por Astronomia e Astrofísica. Os resultados do estudo do buraco negro GN-z11 foram publicados na revista Natureza em 17 de janeiro de 2024. Os dados foram obtidos como parte do JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADE), um projeto conjunto entre as equipes NIRCam e NIRSpec.
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 a Agência Espacial Canadense.
