Esta imagem infravermelha do Telescópio Espacial James Webb da NASA (também chamado de Webb ou JWST) foi obtida pela NIRCam (Near-Infrared Camera) para o programa JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, ou JADES. Os dados do NIRCam foram usados para determinar quais galáxias estudar mais detalhadamente com observações espectroscópicas. Uma dessas galáxias, JADES-GS-z14-0 (mostrada na imagem abaixo), foi determinada com um desvio para o vermelho de 14,32 (+0,08/-0,20), tornando-a a atual detentora do recorde da galáxia mais distante conhecida. Isto corresponde a um período inferior a 300 milhões de anos após o Big Bang. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA)
NASAO Telescópio James Webb descobre uma galáxia distante com desvio para o vermelho 14,32, sugerindo uma formação de galáxias inesperadamente rápida apenas 290 milhões de anos após o Big Bang.
Nos últimos dois anos, os cientistas usaram o software da NASA Telescópio Espacial James Webb (também chamado de Webb ou JWST) para explorar o que os astrônomos chamam de Cosmic Dawn – o período nas primeiras centenas de milhões de anos após o Big Bang, onde nasceram as primeiras galáxias. Estas galáxias fornecem informações vitais sobre as formas como o gás, as estrelas e os buracos negros mudavam quando o Universo era muito jovem.
Em outubro de 2023 e janeiro de 2024, uma equipe internacional de astrônomos usou o Webb para observar galáxias como parte do programa JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Usando o NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de Webb, eles obtiveram o espectro de uma galáxia recorde observada apenas duzentos e noventa milhões de anos após o Big Bang. Isto corresponde a um desvio para o vermelho de cerca de 14, que é uma medida de quanto a luz de uma galáxia é esticada pela expansão do universo.
Convidámos Stefano Carniani da Scuola Normale Superiore em Pisa, Itália, e Kevin Hainline da Universidade do Arizona em Tucson, Arizona, para nos contarem mais sobre como esta fonte foi encontrada e o que as suas propriedades únicas nos dizem sobre a formação de galáxias.
Os cientistas usaram o NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Telescópio Espacial James Webb da NASA para obter um espectro da galáxia distante JADES-GS-z14-0, a fim de medir com precisão seu desvio para o vermelho e, portanto, determinar sua idade. O desvio para o vermelho pode ser determinado a partir da localização de um comprimento de onda crítico conhecido como quebra de Lyman-alfa. Esta galáxia remonta a menos de 300 milhões de anos após o Big Bang. Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), S. Carniani (Scuola Normale Superiore), Colaboração JADES
Avanço na pesquisa de galáxias com alto desvio para o vermelho
“Os instrumentos do Webb foram projetados para encontrar e compreender as primeiras galáxias, e no primeiro ano de observações como parte do JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), encontramos muitas centenas de galáxias candidatas dos primeiros 650 milhões de anos após o Big Bang. No início de 2023, descobrimos uma galáxia nos nossos dados que tinha fortes evidências de estar acima de um desvio para o vermelho de 14, o que foi muito emocionante, mas havia algumas propriedades da fonte que nos deixaram cautelosos.
“A fonte era surpreendentemente brilhante, o que não esperaríamos para uma galáxia tão distante, e estava muito próxima de outra galáxia, de modo que as duas pareciam fazer parte de um objeto maior. Quando observamos a fonte novamente em outubro de 2023 como parte do Campo de Origens JADES, novos dados de imagem obtidos com os filtros NIRCam (Near-Infrared Camera) mais estreitos de Webb apontaram ainda mais para a hipótese de alto redshift. Sabíamos que precisávamos de um espectro, pois tudo o que aprendêssemos seria de imensa importância científica, quer como um novo marco na investigação de Webb sobre o universo primitivo, quer como um estranho e confuso de uma galáxia de meia-idade.
“Em janeiro de 2024, o NIRSpec observou esta galáxia, JADES-GS-z14-0, durante quase dez horas, e quando o espectro foi processado pela primeira vez, havia evidências inequívocas de que a galáxia estava de fato em um desvio para o vermelho de 14,32, quebrando o anterior mais -registro de galáxia distante (z = 13,2 de JADES-GS-z13-0). Ver esse espectro foi incrivelmente emocionante para toda a equipe, dado o mistério que cerca a fonte.
“Essa descoberta não foi apenas um novo recorde de distância para nossa equipe; o aspecto mais importante de JADES-GS-z14-0 foi que a esta distância, sabemos que esta galáxia deve estar intrinsecamente muito luminoso. A partir das imagens, descobriu-se que a fonte tem mais de 1.600 anos-luz de diâmetro, provando que a luz que vemos vem principalmente de estrelas jovens e não de emissões próximas a uma região supermassiva em crescimento. buraco negro. Esta quantidade de luz estelar implica que a galáxia tem centenas de milhões de vezes a massa do Sol! Isto levanta a questão: como pode a natureza criar uma galáxia tão brilhante, massiva e grande em menos de 300 milhões de anos?
Revelando novos insights da luz antiga
“Os dados revelam outros aspectos importantes desta galáxia surpreendente. Vemos que a cor da galáxia não é tão azul quanto poderia ser, indicando que parte da luz está avermelhada pela poeira, mesmo nestes tempos muito antigos. O pesquisador do JADES, Jake Helton, do Observatório Steward e da Universidade do Arizona, também identificou que o JADES-GS-z14-0 foi detectado em comprimentos de onda mais longos com o MIRI (Instrumento de Infravermelho Médio) de Webb, um feito notável considerando sua distância. A observação MIRI cobre comprimentos de onda de luz que foram emitidos na faixa da luz visível, que são desviados para o vermelho fora do alcance dos instrumentos infravermelhos próximos de Webb.
“A análise de Jake indica que o brilho da fonte implícito na observação do MIRI está acima do que seria extrapolado das medições dos outros instrumentos Webb, indicando a presença de forte emissão de gás ionizado na galáxia na forma de linhas de emissão brilhantes de hidrogênio. e oxigênio. A presença de oxigénio tão cedo na vida desta galáxia é uma surpresa e sugere que múltiplas gerações de estrelas muito massivas já tinham vivido antes de observarmos a galáxia.
“Todas estas observações, em conjunto, dizem-nos que JADES-GS-z14-0 não é como os tipos de galáxias que foram previstas por modelos teóricos e simulações de computador como existindo no Universo muito primitivo. Dado o brilho observado da fonte, podemos prever como ela poderá crescer ao longo do tempo cósmico, e até agora não encontramos nenhum análogo adequado nas centenas de outras galáxias que observamos com alto desvio para o vermelho em nossa pesquisa.
“Dada a região relativamente pequena do céu que procurámos para encontrar JADES-GS-z14-0, a sua descoberta tem implicações profundas para o número previsto de galáxias brilhantes que vemos no Universo primitivo, conforme discutido noutro estudo simultâneo do JADES. É provável que os astrónomos encontrem muitas dessas galáxias luminosas, possivelmente em épocas ainda anteriores, durante a próxima década com Webb. Estamos entusiasmados em ver a extraordinária diversidade de galáxias que existiam no Cosmic Dawn!”
Para obter mais informações sobre esta descoberta, consulte Webb descobre a galáxia mais distante conhecida.
Referência: “Primeiras Galáxias no Campo de Origens JADES: Função de Luminosidade e Densidade da Taxa de Formação Estelar Cósmica 300 Myr após o Big Bang” por Brant Robertson, Benjamin D. Johnson, Sandro Tacchella, Daniel J. Eisenstein, Kevin Hainline, William M. Baker, Andrew J. Bunker, Stefano Carniani, Courtney Carreira, Phillip A. Cargile, Stephen Charlotte, Jacob Chevallard, Mirko Curti, Emma Curtis-Lake, Francesco D’Eugenio, Eiichi Egami, Ryan Hausen, Jacob M. Helton, Peter Jakobsen , Zhiyuan Ji, Gareth C Williams, Christopher NA Willmer, Chris Willott, Joris Witstock, Aceito,. Jornal Astrofísico.
arXiv:2312.10033
Estas observações espectroscópicas foram feitas como parte do programa 1287 de Observações de Tempo Garantido (GTO), e as do MIRI como parte do programa GTO 1180.
Stefano Carniani é professor assistente na Scuola Normale Superiore na Itália. Ele também é membro da equipe Webb/NIRSpec GTO e estuda a evolução de galáxias e buracos negros ao longo do tempo cósmico.
Kevin Hainline é professor pesquisador associado do Steward Observatory, Universidade do Arizona. Ele também é membro da equipe Webb/NIRCam Science e está usando dados da pesquisa JADES GTO para explorar a evolução de galáxias e núcleos galácticos ativos nos redshifts mais elevados.
