JWST detecta MoM-z14 a 280 milhões de anos após o Big Bang

O JWST voltou a surpreender. O telescópio espacial, extremamente potente, já vinha mostrando que existiam galáxias luminosas apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang.

Agora, ele detectou a luz de uma galáxia vista quando o Universo tinha só 280 milhões de anos depois do Big Bang - a galáxia mais distante já identificada.

Por que o JWST consegue ver tão longe

Antes do JWST, não dispúnhamos de telescópios infravermelhos com espelhos grandes o suficiente para captar a luz das primeiras galáxias.

O Hubble até alcança o infravermelho próximo, mas o seu espelho tem 2,4 metros. Com isso, encontrou apenas uma galáxia dentro da faixa dos 500 milhões de anos iniciais do Universo. Já o Spitzer Space Telescope foi um observatório dedicado ao infravermelho, porém contava com um espelho de apenas 85 cm.

Além de o JWST ter um espelho muito maior, a tecnologia dos detectores avançou a tal ponto que o “véu” que escondia o Universo primordial está a ser removido galáxia antiga por galáxia antiga.

JWST e a montagem de galáxias no Universo primordial

Um dos temas centrais de ciência do JWST é a Montagem de Galáxias. Para compreender como as galáxias nascem e evoluem, é necessário observar as mais antigas. Em poucas semanas desde o início das observações, o telescópio encontrou uma grande quantidade de galáxias brilhantes em desvios para o vermelho acima de z=10.

"Esta população inesperada eletrizou a comunidade e levantou questões fundamentais sobre a formação de galáxias nos primeiros ≈ 500 Myrs", escrevem os autores de um novo artigo.

De forma consistente, o JWST tem empurrado o nosso horizonte observacional para mais longe, e esta detecção recente sugere que o instrumento talvez ainda não tenha chegado ao seu limite.

MoM-z14: a galáxia recorde a z14

A galáxia recém-identificada chama-se MoM-z14 e foi encontrada no levantamento Mirage or Miracle. Esse levantamento espectroscópico foi concebido para confirmar galáxias candidatas em alto desvio para o vermelho, e o “z14” remete ao desvio para o vermelho do objecto. O resultado chama a atenção porque os astrónomos esperavam encontrar pouquíssimas galáxias em um desvio para o vermelho tão elevado.

A descoberta foi descrita num novo artigo intitulado "UM MILAGRE CÓSMICO: UMA GALÁXIA NOTAVELMENTE LUMINOSA EM zspec = 14.44 CONFIRMADA COM O JWST". O autor principal é Rohan Naidu, do MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. O trabalho foi submetido ao Open Journal of Astrophysics e está disponível no arXiv.org.

"O JWST revelou uma população impressionante de galáxias brilhantes em épocas surpreendentemente precoces, z > 10, onde poucas dessas fontes eram esperadas", escrevem os autores. Com desvio para o vermelho de z = 14.4, esta galáxia "expande a fronteira observacional para meros 280 milhões de anos após o Big Bang".

Eles destacam que o JWST identificou muito mais galáxias brilhantes entre z = 14 e 15 do que indicava o consenso anterior ao lançamento do telescópio.

Este trabalho não é apenas mais uma curiosidade: a análise espectroscópica trouxe resultados relevantes ligados ao tema de Montagem de Galáxias do JWST.

O que a espectroscopia revela: estrelas, química e morfologia

As observações indicam que a maior parte da luz da galáxia vem de estrelas, e não de um núcleo galáctico activo (AGN). AGN são regiões centrais muito brilhantes de galáxias, alimentadas por buracos negros supermassivos que acumulam matéria. Assim, a MoM-z14 provavelmente abriga algumas estrelas supermassivas luminosas - algo que a teoria já sugeria para o Universo primordial.

A razão entre nitrogénio e carbono da galáxia é superior à observada no Sol. A composição química lembra a de antigos enxames globulares associados à Via Láctea. Isso sugere que as estrelas da galáxia e as dos enxames globulares se formaram em ambientes parecidos, com nucleossíntese semelhante e poluição de metalicidade causada por estrelas anteriores.

"Como este padrão de abundâncias também é comum entre as estrelas mais antigas nascidas na Via Láctea, podemos estar a testemunhar directamente a formação desse tipo de estrela em enxames densos, ligando a evolução de galáxias ao longo de toda a extensão do tempo cósmico", escrevem os autores.

Para essas galáxias antigas e brilhantes, parecem existir duas morfologias: fonte pontual e estendida. A ligação entre morfologia e química surge como mais uma possível peça na evolução das galáxias.

"Além disso, como observado por Harikane et al. (2024b), essas diferenças morfológicas reflectem-se em padrões de abundâncias químicas, sinalizando uma ligação mais profunda entre morfologia e trajectórias evolutivas", afirmam.

À medida que o JWST encontra mais galáxias brilhantes e muito antigas, ficou evidente uma classe de objectos que emite nitrogénio de forma intensa, incluindo os luminosos Little Red Dots. A MoM-z14 pode estar entre os objectos mais enriquecidos em nitrogénio já detectados pelo JWST.

"Isto acrescenta ainda mais evidências para uma bimodalidade tamanho-química em z > 10, na qual fontes estendidas tendem a ser pobres em nitrogénio, enquanto fontes compactas são fortes emissoras de N", explicam os autores.

A comunidade de ciência espacial esperou muito pelo JWST e pela sua capacidade de observar o Universo inicial. Embora algumas descobertas tenham sido inesperadas, este estudo mostra como os astrónomos estão a encontrar ligações entre as surpresas do Universo primordial e aquilo que vemos no Universo actual.

"Interpretamos a MoM-z14 e os emissores de N à luz da arqueologia galáctica, conectando os seus padrões de abundância às estrelas mais antigas nascidas na Via Láctea em z ≳ 4, bem como aos enxames globulares", escrevem os autores na conclusão.

"O enriquecimento em N, o brilho, os espectros ionizantes duros, a densidade estelar, a morfologia, a dependência com o desvio para o vermelho e a fracção de buracos negros dessas fontes podem estar ligados a ambientes semelhantes aos de enxames globulares, nos quais colisões em cadeia podem produzir objectos extraordinários, como estrelas supermassivas."

Se resistir a repetidas ameaças de cancelamento, o Roman Space Telescope deverá revelar centenas de outras galáxias desse tipo. Um conjunto de dados maior é sempre desejável e ajudaria a consolidar alguns destes resultados - ou talvez trouxesse novos mistérios. De qualquer forma, seria um avanço. Por ora, porém, o Telescópio Espacial James Webb merece os holofotes por esta descoberta.

"O próprio JWST parece pronto para impulsionar uma série de grandes expansões da fronteira cósmica; desvios para o vermelho antes inimagináveis, aproximando-nos da era das primeiras estrelas, já não parecem tão distantes", concluem os investigadores.

Este artigo foi publicado originalmente pelo Universe Today. Leia o artigo original.