Uma das principais funções do Telescópio Espacial James Webb é encontrar as primeiras galáxias, expandindo a nossa
Esses sistemas estelares estão muito mais distantesdo que todos os objetos observados anteriormente no universo. Os cientistas escrevem sobre galáxias com redshifts de 12 para 17. Mas há uma mosca na sopa nesta celebração do triunfo científico: alguns pesquisadores acreditam que a idade dos objetos pode ser distorcida e os resultados exigem uma verificação cuidadosa.
Qual galáxia é a mais distante?
Antes do lançamento do Telescópio Espacial James Webb empor muito tempo a galáxia confirmada mais distante foi GN-z11. Foi descoberto em 2016 usando o telescópio Hubble. É cerca de 25 vezes menor que a Via Láctea e tem cerca de 1% de sua massa. Ao mesmo tempo, a formação de estrelas ocorreu 20 vezes mais ativamente.
GN-z11 está localizado na constelação da Ursa Maior,e os astrofísicos estimam o desvio para o vermelho em 11,1. Isto significa que estamos a vê-lo como era há 13,4 mil milhões de anos – apenas 400 anos após o Big Bang. À medida que o Universo se expande continuamente, as galáxias no espaço afastam-se umas das outras. Portanto, a distância adequada até GN-z11 é de cerca de 32 bilhões de anos-luz.
Mesmo antes do lançamento do novo telescópio na primavera de 2022astrofísicos anunciaram a descoberta de um candidato ainda mais distante, HD1. Foi descoberto usando o Telescópio Espacial Subaru e observações de observatórios terrestres. De acordo com a espectroscopia, seu redshift é de 13,27, o que corresponde a uma distância de 13,5 bilhões de anos-luz. E a própria galáxia está agora a 33,4 bilhões de anos-luz da Terra.
Apenas uma semana após a publicação dos primeiros dadosNo Telescópio James Webb, pesquisadores do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics anunciaram a descoberta da galáxia GLASS-z13, que está provisoriamente desviada para o vermelho em 13. Isso é cerca de 300 milhões de anos após o Big Bang. Uma semana depois, foi recebida uma mensagem sobre uma galáxia com um desvio para o vermelho de 14 e até 16,7. Se isso for verdade, então vemos essas galáxias como existiam cerca de 200 milhões de anos após o Big Bang.
É verdade que todos esses resultados são preliminares: até agora nenhum desses valores de redshift foi confirmado. Para estabelecer as distâncias a essas galáxias, será necessária uma análise espectroscópica.
Galáxia GN-z11 vista pelo Telescópio Espacial Hubble.Imagem: NASA, ESA, P. Oesch (Universidade de Yale), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Universidade de Yale) e G. Illingworth (Universidade da Califórnia, Santa Cruz)
Como as novas galáxias são encontradas?
Em seu trabalho, os cientistas usaram métodos diferentes.Por exemplo, astrofísicos da Universidade de Missouri-Columbia usaram o efeito de lente gravitacional criado pelo maciço aglomerado de galáxias SMACS J0723. Um objeto massivo distorce o movimento da luz, ampliando objetos distantes, como uma lente de telescópio óptico normal. Usando esse método, os cientistas encontraram 88 galáxias candidatas com um desvio para o vermelho de pelo menos 11. Algumas delas, segundo os pesquisadores, podem ter um desvio para o vermelho de até 20.
Outros cientistas analisaram imagens de váriosáreas do céu onde o efeito da lente gravitacional não foi usado. Essas imagens fazem parte do estudo Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), que consiste em imagens de 10 regiões diferentes do céu obtidas pela câmera de infravermelho próximo do telescópio (NIRCam).
Para confirmar a idade real de distantesobjetos requerem análise espectroscópica, que divide a luz do objeto em um espectro. Para fazer isso, os cientistas usarão o Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) do Telescópio James Webb, bem como o Mid-Infrared Instrument (MIRI) do Telescópio Espacial.
O efeito da lente gravitacional na imagem do aglomerado SMACS J0723. Imagem: NASA, ESA, CSA e STScI
O que é redshift?
No estudo do universo primitivo, o principalO indicador que os cientistas usam é o redshift. Ajuda a entender o quão rápido um objeto está se afastando de nós. Assim como o sinal de uma locomotiva a vapor ou navio soa mais baixo à medida que se afastam do observador, a onda de luz de um objeto que se afasta também muda.
O universo está em constante expansão, o que significagaláxias distantes estão se afastando da Terra. No redshift, a radiação eletromagnética de um objeto em afastamento aumenta seu comprimento de onda. Isto significa que todos os detalhes do espectro mudam para a região vermelha.
Quanto mais longe a galáxia, mais cedo a vemos emais sua luz foi esticada devido à expansão do Universo. Como resultado, a luz azul e ultravioleta de estrelas jovens quentes aparece-nos no infravermelho 13,5 mil milhões de anos mais tarde.
O telescópio James Webb está equipado com instrumentos sensíveis que detectam radiação em várias partes da faixa do infravermelho e é por isso que eles podem capturar a radiação do universo primitivo.
Mudança de vermelho e azul. Imagem: Aleš Tošovský, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Por que os primeiros resultados podem estar errados?
Os estudos preliminares são baseados emobservações únicas e podem ser imprecisas. Por exemplo, galáxias empoeiradas de formação de estrelas que existiram bilhões de anos após o Big Bang podem se passar por distantes recordes. Além disso, a luz emitida pelas galáxias pode ser distorcida por outros objetos.
Por exemplo, com base em quão vermelhoa galáxia CEERS-DSFG-1 aparece nas imagens de James Webb, os astrônomos determinaram o desvio para o vermelho de 17 para 18. Isso significa que a vemos 220 milhões de anos após o Big Bang. No entanto, os astrônomos japoneses usaram o telescópio submilimétrico NOEMA para encontrar a mesma galáxia e mostrar que ela contém uma enorme quantidade de poeira.
A poeira absorve comprimentos de onda mais curtos e azuisluz das estrelas, deixando entrar outras mais longas e mais vermelhas. Isso significa que, quando observada visualmente da Terra, essa galáxia parecerá mais vermelha. Depois de ajustar os resultados observacionais para levar em conta a influência da poeira, os cientistas mostraram que o redshift real é de apenas 5. Isso significa que a galáxia é visível 1,3 bilhão de anos após o Big Bang.
Galaxy CEERS-DSFG-1 na imagem do telescópio"James Webb" com observações NOEMA sobrepostas como linhas de contorno. À direita está a aparência do candidato quando visto através de diferentes filtros: ele não aparece em filtros de comprimento de onda mais curtos, mas se torna mais visível em filtros mais vermelhos. Imagem: J. Zavala et al.
Pesquisadores chegaram a resultados semelhantesestudando a galáxia candidata CEERS-1749. Eles chamaram sua descoberta de galáxia de Schrödinger. A coisa é que o redshift para ele pode ser igual a 5 ou 17. Se estamos falando de uma galáxia distante separada, então este é um dos sistemas similares mais distantes conhecidos, e se for parte de um aglomerado, então nós estamos novamente falando de um bilhão de anos após o Big Bang. Tudo ficará claro após novas pesquisas.
Independentemente de serem confirmadosregistros declarados, novas descobertas darão uma contribuição significativa para a compreensão dos processos de desenvolvimento do Universo primitivo. Mesmo galáxias distantes "próximas" com um desvio para o vermelho de cerca de 5 abrem novos dados.
A poeira interestelar é um subproduto do cicloo nascimento e a morte das estrelas. Para afetar o redshift, deve haver muita poeira. E isso significa que a formação estelar extremamente intensa deve ocorrer em tais galáxias. Anteriormente, os cientistas não sabiam sobre esses processos.
Um grande número de galáxias distantes de diferentes períodos da vida do Universo ajudará a entender como os primeiros sistemas estelares foram formados e desenvolvidos.
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