Formação de Galáxias no Universo Primitivo
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Esta ilustração mostra uma galáxia que se formou apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang, quando o gás era uma mistura de transparente e opaco durante a Era da Reionização. Dados do Telescópio Espacial James Webb da NASA mostram que existe muito gás frio e neutro na vizinhança destas primeiras galáxias – e que o gás pode ser mais denso do que o previsto.
Webb observou essas galáxias como parte de sua pesquisa Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) alguns meses depois de começar a fazer observações em 2022. O CEERS inclui imagens e dados conhecidos como espectros dos microobturadores a bordo de seu NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph). Os dados do CEERS foram divulgados imediatamente para apoiar descobertas como esta como parte do programa Early Release Science (ERS) de Webb.
Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Apenas o Telescópio Espacial James Webb pode detectar e investigar estas galáxias, que se formavam no interior de um gás denso e opaco quando o Universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos.

Uma equipe na Dinamarca examinando dados de arquivo do Telescópio Espacial James Webb descobriram recentemente um trio de galáxias distantes que estavam em processo de recolha de gás quando o Universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos. A sua detecção e caracterização são conquistas notáveis ​​que apenas o Webb é capaz actualmente, graças à sua especialização em luz infravermelha. Os dados mostram pela primeira vez que grandes reservatórios de gás rodeiam estas galáxias primitivas. Esse gás acabará por cair nas galáxias, alimentando a formação de novas estrelas e, ao longo de milhões de anos, originando galáxias altamente estruturadas repletas de estrelas.

Infográfico do Universo Através do Tempo
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Embora não tenhamos certeza de quando exatamente as primeiras estrelas começaram a brilhar, sabemos que elas devem ter se formado algum tempo depois da era da Recombinação, quando os átomos de hidrogênio e hélio se formaram (380 mil anos após o Big Bang), e antes das galáxias mais antigas conhecidas. existiu (400 milhões de anos após o Big Bang). A luz ultravioleta emitida pelas primeiras estrelas decompôs o gás hidrogênio neutro que preenchia o universo em íons de hidrogênio e elétrons livres, iniciando a era da Reionização e o fim da Idade das Trevas do universo. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI

Galáxias em formação ativa no universo primitivo, capturadas alimentando-se de gás frio

Pesquisadores que analisaram dados do Telescópio Espacial James Webb da NASA identificaram três galáxias que podem estar se formando ativamente quando o universo tinha apenas 400 a 600 milhões de anos de idade. Os dados de Webb mostram que estas galáxias estão rodeadas por gás que os investigadores suspeitam ser quase puramente hidrogénio e hélio, os primeiros elementos a existir no cosmos. Os instrumentos de Webb são tão sensíveis que foram capazes de detectar uma quantidade incomum de gás denso em torno destas galáxias. Este gás provavelmente acabará alimentando a formação de novas estrelas nas galáxias.

Insights do Cosmic Dawn Center

“Estas galáxias são como ilhas cintilantes num mar de gás opaco e neutro,” explicou Kasper Heintz, autor principal e professor assistente de astrofísica no Cosmic Dawn Center (DAWN) da Universidade de Copenhaga, na Dinamarca. “Sem Webb, não seríamos capazes de observar estas galáxias muito primitivas, muito menos de aprender muito sobre a sua formação.”

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“Estamos nos afastando da imagem das galáxias como ecossistemas isolados. Nesta fase da história do Universo, as galáxias estão todas intimamente ligadas ao meio intergaláctico com os seus filamentos e estruturas de gás puro”, acrescentou Simone Nielsen, co-autora e estudante de doutoramento também baseada no DAWN.

Condições durante a era da reionização (ilustração)
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Há mais de 13 mil milhões de anos, durante a Era da Reionização, o Universo era um lugar muito diferente. O gás entre as galáxias era em grande parte opaco à luz energética, dificultando a observação de galáxias jovens. À medida que as estrelas e as jovens galáxias continuaram a formar-se e a evoluir, começaram a alterar o gás à sua volta. Ao longo de centenas de milhões de anos, o gás passou de gás neutro e opaco para gás ionizado e transparente. Crédito: NASA, ESA, CSA, Joyce Kang (STScI)

Observações e análises detalhadas

Nas imagens de Webb, as galáxias parecem manchas vermelhas tênues, razão pela qual dados extras, conhecidos como espectros, foram críticos para as conclusões da equipe. Esses espectros mostram que a luz destas galáxias está a ser absorvida por grandes quantidades de gás hidrogénio neutro. “O gás deve estar muito difundido e cobrir uma fração muito grande da galáxia”, disse Darach Watson, coautor e professor da DAWN. “Isso sugere que estamos vendo a montagem de gás hidrogênio neutro em galáxias. Esse gás irá esfriar, se aglomerar e formar novas estrelas.”

O universo era um lugar muito diferente várias centenas de milhões de anos após o Big Bang, durante um período conhecido como Era da Reionização. (Veja a imagem acima.) O gás entre estrelas e galáxias era em grande parte opaco. O gás em todo o universo só se tornou totalmente transparente cerca de 1 bilhão de anos após a Big Bang. As estrelas das galáxias contribuíram para aquecer e ionizar o gás ao seu redor, fazendo com que o gás eventualmente se tornasse completamente transparente.

Ao comparar os dados de Webb com modelos de formação estelar, os investigadores também descobriram que estas galáxias têm principalmente populações de estrelas jovens. “O facto de estarmos a ver grandes reservatórios de gás também sugere que as galáxias ainda não tiveram tempo suficiente para formar a maioria das suas estrelas”, acrescentou Watson.

Este é apenas o começo

Webb não está apenas atendendo aos objetivos da missão que impulsionou o seu desenvolvimento e lançamento – está a superá-los. “Imagens e dados destas galáxias distantes eram impossíveis de obter antes de Webb,” explicou Gabriel Brammer, co-autor e professor associado da DAWN. “Além disso, tínhamos uma boa noção do que iríamos encontrar quando vislumbramos os dados pela primeira vez – estávamos quase fazendo descobertas a olho nu.”

Ainda restam muitas outras questões a serem abordadas. Onde, especificamente, está o gás? Quanto está localizado perto dos centros das galáxias – ou nos seus arredores? O gás é puro ou já está povoado por elementos mais pesados? Pesquisas significativas estão por vir. “O próximo passo é construir grandes amostras estatísticas de galáxias e quantificar detalhadamente a prevalência e proeminência de suas características”, disse Heintz.

Pesquisa de Ciência de Liberação Antecipada de Evolução Cósmica (CEERS) (imagem Webb NIRCam)
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Olhe profundamente para esta vasta paisagem. Foi costurado a partir de múltiplas imagens capturadas pelo Telescópio Espacial James Webb em luz infravermelha próxima – e está praticamente pulsando com atividade. Crédito: NASA, ESA, CSA, Steve Finkelstein (UT Austin), Micaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin), Alyssa Pagan (STScI)

As descobertas dos pesquisadores foram possíveis graças ao Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey de Webb, que inclui espectros de galáxias distantes do NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do telescópio, e foi lançado imediatamente para apoiar descobertas como esta como parte do Early Programa Release Science (ERS).

Este trabalho foi publicado na edição de 24 de maio de 2024 da revista Ciência.

Para obter mais informações sobre esta descoberta, consulte Webb captura o nascimento das primeiras galáxias do universo pela primeira vez.

Referência: “Forte absorção Lyman-α amortecida em jovens galáxias formadoras de estrelas em redshifts 9 a 11” por Kasper E. Heintz, Darach Watson, Gabriel Brammer, Simone Vejlgaard, Anne Hutter, Victoria B. Strait, Jorryt Matthee, Pascal A. Oesch, Páll Jakobsson, Nial R. Tanvir, Peter Laursen, Rohan P. Naidu, Charlotte A. Mason, Meghana Killi, Intae Jung, Tiger Yu-Yang Hsiao, Abdurro’uf, Dan Coe, Pablo Arrabal Haro, Steven L. Finkelstein e Sune Toft, 23 de maio de 2024, Ciência.
DOI: 10.1126/science.adj0343

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 por NASA com os seus parceiros, a ESA (Agência Espacial Europeia) e CSA (Agência Espacial Canadense).



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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.