Astrônomos que usam o NIRSpec (Espectrógrafo de Infravermelho Próximo) a bordo do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA obtido o espectro de JADES-GS-z14-0, uma galáxia recorde observada apenas 290 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.
Esta imagem infravermelha do NIRCam de Webb mostra a galáxia recordista JADES-GS-z14-0. Crédito da imagem: NASA/ESA/CSA/STScI/B. Robertson, UC Santa Cruz/B. Johnson, CfA/S. Tacchella, Cambridge/P. Cargile, CfA.
Situada na constelação de Fornax, JADES-GS-z14-0 foi descoberta pelo Pesquisa Extragaláctica Profunda Avançada JWST (JADES).
A galáxia é inesperadamente luminosa e tem um raio de 260 parsecs (848 anos-luz).
A descoberta prova que galáxias luminosas já existiam 300 milhões de anos após o Big Bang e são mais comuns do que se esperava antes de Webb.
“Os instrumentos do Webb foram projetados para encontrar e compreender as primeiras galáxias e, no primeiro ano de observações como parte do JADES, encontramos muitas centenas de candidatas a galáxias dos primeiros 650 milhões de anos após o Big Bang”, disse o Dr. Carniani da Scuola Normale Superiore em Pisa, Itália, e Dr. Kevin Hainline da Universidade do Arizona em Tucson.
“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 numa 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 o Webb’s NIRCam Os filtros (câmera infravermelha próxima) apontaram ainda mais para a hipótese de alto desvio para o vermelho.
“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 do Universo primordial, quer como um estranho e confuso de uma galáxia de meia-idade.”
“Em janeiro de 2024, o NIRSpec observou JADES-GS-z14-0 por 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 recorde anterior de galáxia mais distante. —JADES-GS-z13-0.”
“Ver este 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 do JADES-GS-z14-0 foi que, a esta distância, sabemos que esta galáxia deve ser intrinsecamente muito luminosa.”
“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 perto de um buraco negro supermassivo em crescimento.”
“Essa 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?”
“Os dados revelam outros aspectos importantes desta galáxia surpreendente”, disseram os astrónomos.
“Vemos que a cor da galáxia não é tão azul quanto poderia ser, indicando que parte da luz é avermelhada pela poeira, mesmo nestes tempos muito antigos.”
Eles também identificaram que o JADES-GS-z14-0 foi detectado em comprimentos de onda mais longos com o Webb’s MIRI (Instrumento de infravermelho médio), uma conquista 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 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 computacionais como existindo no Universo muito primitivo”, disseram os investigadores.
“Dado o brilho observado da fonte, podemos prever como poderá crescer ao longo do tempo cósmico, e até agora não encontrámos quaisquer análogos adequados das centenas de outras galáxias que observámos com elevado desvio para o vermelho no nosso rastreio.”
“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 primordial, 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!”
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Stefano Carniani e outros. 2024. Um amanhecer cósmico brilhante: confirmação espectroscópica de duas galáxias luminosas em z∼14. arXiv: 2405.18485
