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

JWST e a nova fronteira do Universo primordial

O JWST fez de novo. O telescópio espacial mais potente da atualidade já vinha mostrando sinais de galáxias muito brilhantes quando o Universo ainda tinha apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang.

Agora, ele captou luz de uma galáxia vista meros 280 milhões de anos depois do Big Bang - a galáxia mais distante já identificada até aqui.

Antes do JWST, não existiam telescópios infravermelhos com espelhos grandes o suficiente para registrar a luz das primeiras galáxias. O Telescópio Espacial Hubble consegue observar o infravermelho próximo, mas conta com um espelho de 2,4 m. Com isso, ele encontrou apenas uma galáxia dentro da faixa correspondente aos 500 milhões de anos iniciais do Universo. Já o Telescópio Espacial Spitzer, dedicado ao infravermelho, tinha um espelho de apenas 0,85 m.

Além de trazer um espelho muito maior, o JWST se beneficia de um salto enorme na tecnologia de detectores. O resultado é que o “véu” que escondia o Universo primordial está sendo levantado - galáxia antiga por galáxia antiga.

Um dos principais eixos científicos do JWST é a Montagem de Galáxias. Para entender como as galáxias surgem e evoluem, é essencial enxergar as primeiras delas. Em poucas semanas após iniciar as observações, o telescópio já havia encontrado uma abundância de galáxias brilhantes em desvios para o vermelho acima de z=10.

“Essa população inesperada eletrizou a comunidade e levantou questões fundamentais sobre a formação de galáxias nos primeiros ≈ 500 Myrs”, escrevem os autores de um novo estudo.

O JWST vem empurrando consistentemente para trás o nosso horizonte observacional - e essa detecção mais recente indica que ele talvez ainda não tenha chegado ao limite.

MoM-z14 e o levantamento Miragem ou Milagre (MoM)

A nova galáxia recebeu o nome de MoM-z14 e foi identificada no levantamento Miragem ou Milagre (MoM). Trata-se de uma pesquisa espectroscópica criada para confirmar candidatas a galáxias de alto desvio para o vermelho; o “z14” remete justamente ao redshift do objeto. O achado chama atenção porque, nessa faixa de redshift, os astrónomos esperavam encontrar pouquíssimas galáxias.

A descoberta foi descrita num artigo científico intitulado “UM MILAGRE CÓSMICO: UMA GALÁXIA REMARCAVELMENTE LUMINOSA EM zspec = 14.44 CONFIRMADA COM O JWST”. O autor principal é Rohan Naidu, do Instituto Kavli do MIT para Astrofísica e Pesquisa Espacial. O trabalho foi submetido à Revista Aberta de Astrofísica e está disponível no arXiv.org.

“JWST revelou uma população impressionante de galáxias brilhantes em épocas surpreendentemente iniciais, z > 10, nas quais poucas dessas fontes eram esperadas”, escrevem os autores. Com um redshift de z = 14.4, essa galáxia “expande a fronteira observacional para apenas 280 milhões de anos após o Big Bang”.

Eles também destacam que o JWST encontrou muito mais galáxias brilhantes entre z = 14 e 15 do que apontava o consenso existente antes do lançamento do telescópio.

O que a espectroscopia indica sobre a Montagem de Galáxias

Este estudo não é apenas mais uma curiosidade. Ao analisar o objeto por espectroscopia, os pesquisadores obtiveram pistas relevantes para o tema da Montagem de Galáxias que orienta parte do programa científico do JWST.

As observações sugerem que a maior parte da luz de MoM-z14 vem de estrelas, e não de um núcleo galáctico ativo (AGN). AGNs são regiões centrais extremamente brilhantes, alimentadas por buracos negros supermassivos que acumulam matéria. Assim, MoM-z14 provavelmente abriga estrelas supermassivas muito luminosas - algo que teorias sobre o Universo primordial já previam.

Assinatura química: nitrogénio, carbono e paralelos com aglomerados globulares

A razão entre nitrogénio e carbono da galáxia é maior do que a observada no Sol. A composição química lembra a de aglomerados globulares antigos associados à Via Láctea. Isso sugere que as estrelas de MoM-z14 e as estrelas desses aglomerados globulares surgiram em ambientes parecidos, com nucleossíntese semelhante e “poluição” de metalicidade causada por gerações anteriores de estrelas.

“Como esse padrão de abundância também é comum entre as estrelas mais antigas nascidas na Via Láctea, talvez estejamos a observar diretamente a formação dessas estrelas em aglomerados densos, conectando a evolução de galáxias ao longo de toda a extensão do tempo cósmico”, escrevem os autores.

Morfologia e química: fontes compactas versus estendidas

Para essas galáxias brilhantes e muito antigas, parecem existir duas morfologias principais: fonte pontual e fonte estendida. A forma como a morfologia se relaciona com a química surge como mais um possível elo para entender caminhos de evolução galáctica.

“Além disso, como notado por Harikane et al. (2024b), essas diferenças morfológicas se refletem em padrões de abundância química, sinalizando uma conexão mais profunda entre morfologia e trajetórias evolutivas”, afirmam os autores.

À medida que o JWST identifica mais galáxias brilhantes do Universo primordial, fica mais evidente uma classe de objetos que emite nitrogénio de forma intensa - incluindo os luminosos Pequenos Pontos Vermelhos. MoM-z14 pode estar entre os objetos com maior enriquecimento em nitrogénio já encontrados pelo JWST.

“Isso acrescenta mais evidências para uma bimodalidade tamanho-química em z > 10, na qual fontes estendidas tendem a ser fracas em nitrogénio, enquanto fontes compactas são fortes emissoras de N”, explicam.

A comunidade de ciência espacial esperou muito tempo pelo JWST e pela sua capacidade de investigar o Universo inicial. Embora alguns resultados tenham surpreendido, este trabalho mostra como os astrónomos vêm ligando essas surpresas do Universo primordial a características do Universo atual.

“Nós interpretamos MoM-z14 e emissores de N através da arqueologia galáctica, conectando seus padrões de abundância às estrelas mais antigas nascidas na Via Láctea em z ≳ 4, assim como aos aglomerados 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 redshift e a fração de buracos negros dessas fontes podem estar ligados a ambientes semelhantes aos de aglomerados globulares, nos quais colisões descontroladas podem produzir objetos extraordinários como estrelas supermassivas.”

Se resistir a repetidas ameaças de cancelamento, o Telescópio Espacial Roman deve revelar centenas de galáxias adicionais desse tipo. Ter um conjunto de dados maior é sempre desejável: pode reforçar algumas dessas conclusões - ou, quem sabe, abrir novos mistérios. De um jeito ou de outro, será avanço. Por enquanto, porém, o Telescópio Espacial James Webb merece o destaque por esta descoberta.

“O próprio JWST parece pronto para impulsionar uma série de grandes expansões da fronteira cósmica; redshifts antes inimagináveis, aproximando-se da era das primeiras estrelas, já não parecem tão distantes”, concluem os pesquisadores.

Este artigo foi publicado originalmente pelo Universo Hoje. Leia o artigo original.