Como espécie, chegamos à conclusão de que somos uma parte minúscula de um vasto Universo definido por superaglomerados de galáxias e pela estrutura em grande escala do Universo. Movidos por uma saudável curiosidade intelectual, examinamos o que nos rodeia e enfrentamos a questão colocada pela Natureza: como é que tudo ficou assim?
Temos apenas respostas incrementais para essa questão enorme e quase infinitamente facetada. E as respostas incrementais são descobertas pelos nossos melhores instrumentos, incluindo os telescópios espaciais, que se tornam melhores e mais capazes à medida que o tempo passa.
Entre no Telescópio Espacial James Webb.
Uma das razões pelas quais a NASA e os seus parceiros construíram e lançaram o Telescópio Espacial James Webb é estudar a história da formação de galáxias e compreender como evoluíram para o que vemos hoje. Isso envolve a observação de galáxias, aglomerados de galáxias, superaglomerados de galáxias e a complexa rede de lençóis, vazios e filamentos que compõem a estrutura em grande escala do Universo. Também envolve a observação de protoaglomerados, o estágio inicial de um aglomerado de galáxias. Eles são como blocos de construção para o teia cósmicaque colapsam e se fundem para formar clusters e superaglomerados.
O protoaglomerado Spiderweb é um objeto antigo e bem estudado no Universo primitivo. Mais de 100 galáxias individuais estão a formar um aglomerado com desvio para o vermelho z = 2,16, o que significa que demorou mais de 10 mil milhões de anos para a sua luz chegar até nós.
“Estamos observando a construção de uma das maiores estruturas do Universo, uma cidade de galáxias em construção.”
Jose M. Pérez-Martínez, Instituto de Astrofísica das Ilhas Canárias
Os protoaglomerados são uma chave para a compreensão do Universo e, em dois novos artigos, os pesquisadores apresentam os resultados das observações do JWST do protoaglomerado Spiderweb. Entre outras coisas, os resultados mostram que a gravidade não desempenha um papel tão importante como se pensava na formação de um aglomerado.
A dificuldade em observar a Teia de Aranha é que ela está obscurecida por uma boa quantidade de poeira cósmica. A poeira bloqueia a luz visível, mas permite a passagem da luz infravermelha. Dado que o JWST é um telescópio infravermelho extremamente poderoso, o seu olhar revelou coisas anteriormente escondidas dos astrónomos.
“Estamos observando a construção de uma das maiores estruturas do Universo, uma cidade de galáxias em construção”, explicou Jose M. Pérez-Martínez do Instituto de Astrofísica das Canárias e da Universidade de La Laguna, em Espanha. “Sabemos que a maioria das galáxias em aglomerados locais de galáxias (as maiores metrópoles do Universo) são antigas e pouco ativas, enquanto neste trabalho estamos a olhar para estes objetos durante a sua adolescência. À medida que esta cidade em construção cresce, suas propriedades físicas também serão afetadas. Agora, Webb está nos dando novos insights sobre a construção de tais estruturas pela primeira vez.”
O JWST pode observar o gás hidrogênio de forma mais completa do que outros telescópios. Os astrónomos observam frequentemente hidrogênio-alfa (h-alfa) emissões para sondar galáxias. As emissões h-alfa são um tipo específico de luz emitida quando os elétrons fazem a transição entre níveis de energia. No entanto, existe outro tipo de emissão infravermelha de hidrogênio chamada Páscoa beta emissões (Pa-beta) que o JWST pode observar. É emitido por diferentes transições de elétrons no hidrogênio e é um valioso rastreador da taxa de formação de estrelas (SFR) nas galáxias. Embora o JWST não tenha sido projetado especificamente para isolar essas emissões, ele pode observar os comprimentos de onda infravermelhos que incluem a linha Pa-beta.
Os dois novos artigos baseados nas observações do JWST são:
Estas observações revelaram a presença de novas galáxias, anteriormente não detectadas, no protoaglomerado, que estavam obscurecidas pela poeira.
“Como esperado, encontrámos novos membros de aglomerados de galáxias, mas ficámos surpresos ao encontrar mais do que o esperado,” explicou Rhythm Shimakawa da Universidade de Waseda, no Japão. “Descobrimos que os membros de galáxias anteriormente conhecidos (semelhantes às galáxias típicas de formação de estrelas, como a nossa galáxia, a Via Láctea) não são tão obscurecidos ou cheios de poeira como se esperava anteriormente, o que também foi uma surpresa.”
As características da poeira mostram que as interações gravitacionais não desempenham um papel tão importante quanto se pensava. Se houvesse fusões impulsionadas pela gravidade, a produção de poeira seria maior, pois as fusões desencadeariam SFRs rápidos. No entanto, estas observações mostram que a poeira está a ser produzida de forma suave e não abrupta.
“Isto pode ser explicado pelo facto de o crescimento destas galáxias típicas não ser desencadeado principalmente por interacções ou fusões de galáxias que induzam a formação de estrelas,” acrescentou Helmut Dannerbauer do Instituto de Astrofísica de Canarias, em Espanha. “Pensamos agora que isto pode ser explicado pela formação de estrelas que é alimentada pela acumulação de gás em diferentes locais por toda a estrutura de grande escala do objeto.”
“Estes resultados apoiam o cenário em que a produção de poeira na principal população de galáxias deste protoaglomerado é impulsionada por atividades seculares de formação de estrelas alimentadas pela acumulação suave de gás em toda a sua estrutura em grande escala”, escrevem os autores no primeiro artigo. “Isto minimiza o papel das interações gravitacionais no aumento da formação de estrelas e da produção de poeira dentro do protoaglomerado Teia de Aranha, em contraste com observações em redshift mais elevado e núcleos de protoaglomerados menos evoluídos.”
“Não encontramos nenhuma correlação entre a poeira de nossa amostra de AEHs e sua distribuição no espaço de fase (amostra espectroscópica) ou em função do raio clustercêntrico projetado ou da densidade local”, explicam os autores do primeiro artigo. Se as fusões impulsionadas pela gravidade estivessem por trás da formação de estrelas e poeira, seria irregular.
O objetivo original do segundo artigo era fazer um levantamento profundo voltado para emissores Pa-beta (PBEs). Ele usou um filtro de banda estreita exclusivo no NIRCam que é menos sensível à extinção de poeira. Eles acabaram detectando novos candidatos a membros no Spiderweb Protocluster. Curiosamente, nem todos os h? emissores também são emissores Pa-beta.
Os pesquisadores reduziram seus emissores Pa-beta para 41 fontes. Apenas 17 deles também estão confirmados como h? emissores. “Os 24 objetos restantes são considerados candidatos não confirmados associados ao protoaglomerado Spiderweb”, escrevem os autores. “Esses candidatos a PBE ainda correm o risco de emissores de primeiro ou segundo plano que não sejam PBEs; portanto, são necessários mais estudos de acompanhamento para estabelecer que eles são membros do protocluster.”
Encontrar mais membros do protoaglomerado Teia de Aranha e descobrir que a gravidade não é tão importante quanto o pensamento é apenas o começo. Estas são respostas incrementais no nosso caminho para compreender como o Universo evoluiu para o que vemos hoje. A ciência é uma jornada e, como tantas vezes acontece nessa jornada, mais observações são o próximo passo.
“As confirmações e caracterizações de acompanhamento dos candidatos PBE fornecerão uma melhor compreensão da taxa total de formação de estrelas no protoaglomerado Spiderweb, a dependência ambiental da formação de galáxias e um processo de transição de um protoaglomerado para um aglomerado genuíno de galáxias,” os autores do segundo artigo escrevem em sua conclusão.
Os pesquisadores pretendem dar continuidade a este trabalho com observações mais espectroscópicas do JWST. Essas observações deverão fornecer uma confirmação adicional dos novos membros da Teia de Aranha.
