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Galáxia mais antiga e mais distante descoberta com o Telescópio Espacial James Webb

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Jun 1, 2024
Imagem infravermelha mostrando a galáxia JADES-GS-z14-0 Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Bran

Imagem infravermelha mostrando a galáxia JADES-GS-z14-0

As duas primeiras e mais distantes galáxias já confirmadas, datando de apenas 300 milhões de anos após o Big Bang, foram descobertas usando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA, anunciou hoje uma equipe internacional de astrônomos.

Estas galáxias juntam-se a uma pequena mas crescente população de galáxias do primeiro meio bilhão de anos de história cósmica, onde podemos realmente investigar as populações estelares e os padrões distintos de elementos químicos dentro delas. Francisco D’Eugênio

Encontradas numa região próxima do Campo Ultra Profundo do Hubble pela equipa do JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), estas galáxias constituem um marco importante no estudo do Universo primordial.

“Estas galáxias juntam-se a uma pequena mas crescente população de galáxias do primeiro meio bilhão de anos de história cósmica, onde podemos realmente investigar as populações estelares e os padrões distintos de elementos químicos dentro delas”, disse o Dr. Francesco D’Eugenio do Instituto Kavli de Pesquisa. Cosmologia da Universidade de Cambridge, uma das equipes por trás da descoberta.

Devido à expansão do Universo, a luz das galáxias distantes estende-se para comprimentos de onda mais longos à medida que viaja, um efeito conhecido como desvio para o vermelho. Nestas galáxias, o efeito é extremo, estendendo-se por um factor de 15, e movendo até a luz ultravioleta das galáxias para comprimentos de onda infravermelhos onde apenas o JWST tem a capacidade de a observar.

A teoria moderna sustenta que as galáxias se desenvolvem em regiões especiais onde a gravidade concentrou o gás cósmico e a matéria escura em aglomerados densos conhecidos como “halos”. Esses halos evoluíram rapidamente no Universo primordial, fundindo-se rapidamente em coleções cada vez mais massivas de matéria. Este rápido desenvolvimento é a razão pela qual os astrónomos estão tão ansiosos por encontrar galáxias ainda mais antigas: cada pequeno incremento move os nossos olhos para um período menos desenvolvido, onde as galáxias luminosas são ainda mais distintas e invulgares.

As duas galáxias recém-descobertas foram confirmadas espectroscopicamente. Mantendo a prática de nomenclatura padrão da colaboração, as galáxias são agora conhecidas como JADES-GS-z14-0 e JADES-GS-z14-1, sendo a primeira a mais distante das duas.

Além de ser o novo recordista de distância, o JADES-GS-z14-0 é notável pelo seu grande e brilhante tamanho. O JWST mede a galáxia com mais de 1.600 anos-luz de diâmetro. Muitas das galáxias mais luminosas produzem a maior parte da sua luz através do gás que cai num buraco negro supermassivo, produzindo um quasar, mas com este tamanho o JADES-GS-z14-0 não pode ser este. Em vez disso, os investigadores acreditam que a luz está a ser produzida por estrelas jovens.

A combinação da elevada luminosidade e da origem estelar faz de JADES-GS-z14-0 a evidência mais distinta já encontrada da rápida formação de galáxias grandes e massivas no Universo primordial. Esta tendência vai contra as expectativas pré-JWST das teorias de formação de galáxias. Evidências de galáxias iniciais surpreendentemente vigorosas apareceram já nas primeiras imagens do JWST e têm aumentado nos primeiros dois anos da missão.

“JADES-GS-z14-0 torna-se agora o arquétipo deste fenómeno”, disse o Dr. Stefano Carniani da Scuola Normale Superiore em Pisa, principal autor do artigo de descoberta. “É impressionante que o Universo possa formar uma galáxia assim em apenas 300 milhões de anos.”

Apesar de sua luminosidade, JADES-GS-z14-0 foi um quebra-cabeça para a equipe JADES quando o avistaram pela primeira vez, há mais de um ano, pois parece próximo o suficiente no céu de uma galáxia em primeiro plano que a equipe não poderia ter certeza de que o dois não eram vizinhos. Mas em outubro de 2023, a equipe JADES conduziu imagens ainda mais profundas – cinco dias inteiros com a câmera infravermelha próxima JWST em apenas um campo – para formar o “Campo de Origens JADES”. Com a utilização de filtros concebidos para isolar melhor as primeiras galáxias, aumentou a confiança de que JADES-GS-z14-0 estava de facto muito distante.

“Simplesmente não conseguíamos ver nenhuma forma plausível de explicar esta galáxia como sendo apenas uma vizinha da galáxia mais próxima,” disse o Dr. Kevin Hainline, professor investigador da Universidade do Arizona.

Felizmente, a galáxia caiu numa região onde a equipa realizou imagens ultraprofundas com o instrumento JWST Mid-Infrared. A galáxia era brilhante o suficiente para ser detectada na luz de 7,7 mícrons, com uma intensidade maior do que a extrapolação de comprimentos de onda mais baixos poderia prever.

“Estamos vendo emissões extras de átomos de hidrogênio e possivelmente até de oxigênio, como é comum em galáxias com formação de estrelas, mas aqui deslocadas para um comprimento de onda sem precedentes”, disse Jakob Helton, estudante de graduação na Universidade do Arizona e principal autor de um segundo estudo. artigo sobre esta descoberta.

Estes resultados de imagens combinados convenceram a equipa a incluir a galáxia no que foi planeado para ser a observação culminante do JADES, uma campanha de 75 horas para realizar espectroscopia em galáxias primitivas ténues. A espectroscopia confirmou as suas esperanças de que JADES-GS-z14-0 fosse de facto uma galáxia recordista e que a candidata mais fraca, JADES-GS-z14-1, estivesse quase tão distante.

Além da confirmação da distância, a espectroscopia permite uma visão mais aprofundada das propriedades das duas galáxias. Sendo comparativamente brilhante, o JADES-GS-z14-0 permitirá um estudo detalhado.

“Poderíamos ter detectado esta galáxia mesmo que fosse 10 vezes mais ténue, o que significa que poderíamos ver outros exemplos ainda mais cedo no Universo – provavelmente nos primeiros 200 milhões de anos”, diz Brant Robertson, professor de astronomia e astrofísica na Universidade. da Califórnia-Santa Cruz, e autor principal de um terceiro artigo sobre o estudo da equipe sobre a evolução desta população inicial de galáxias. “O Universo primitivo tem muito mais a oferecer.”

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