Telescópio espacial James Webb vai desenredar riquezas do Universo primitivo

Durante décadas, os telescópios têm-nos ajudado a captar a luz das galáxias que se formaram até 400 milhões de anos posteriormente o Big Bang – incrivelmente cedo no contexto da história de 13,8 milénio milhões de anos do Universo.

Mas uma vez que eram as galáxias que existiam ainda antes, quando o Universo era semitransparente, no início de um período divulgado uma vez que a Quadra da Reionização?

O Telescópio Espacial James Webb da NASA está prestes a avultar novas riquezas ao nosso tesouro de conhecimento, não só capturando imagens de galáxias que existiam já nas primeiras centenas de milhões de anos posteriormente o Big Bang, mas também nos fornecendo dados detalhados conhecidos uma vez que espectros. Com as observações do Webb, os investigadores vão poder dizer-nos, pela primeira vez, mais sobre a elaboração de galáxias individuais no Universo primitivo.

O levantamento NGDEEP (Next Generation Deep Extragalactic Exploratory Public), coliderado por Steven L. Finkelstein, professor associado da Universidade do Texas em Austin, EUA, terá uma vez que intuito as mesmas duas regiões que compõem o HUDF (Hubble Ultra Deep Field) – locais na direção da constelação de Fornalha onde o Hubble passou mais de 11 dias a obter exposições profundas.

Para produzir as suas observações, o Telescópio Espacial Hubble visou áreas próximas do fundamento simultaneamente com dois instrumentos – ligeiramente afastadas uma da outra – conhecidas uma vez que campo primitivo e campo paralelo. “Temos a mesma vantagem com o Webb,” explicou Finkelstein.

“Estamos a utilizar dois instrumentos científicos ao mesmo tempo, e eles vão observar continuamente”. Vão mostrar o NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) do Webb para o campo primitivo HUDF e o NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb para o campo paralelo, obtendo o duplo do retorno de dados com o mesmo tempo de telescópio.

Para obter imagens com o NIRCam, vão observar durante mais de 125 horas. A cada minuto que passa, vão obter cada vez mais informações do Universo cada vez mais profundo. O que é que procuram? Algumas das primeiras galáxias formadas. “Temos indicações muito boas, graças ao Hubble, de que existem galáxias 400 milhões de anos posteriormente o Big bang,” disse Finkelstein.

“As que vemos com o Hubble são bastante grandes e muito brilhantes. É muito provável que existam galáxias mais pequenas e mais ténues que se formaram ainda antes e que estão à espera de serem encontradas.”

Nascente programa vai utilizar exclusivamente tapume de um-terço do tempo que o Hubble passou, até à data, em investigações semelhantes. Porquê? Em troço, isto deve-se ao facto de os instrumentos do Webb terem sido concebidos para invadir radiação infravermelha. À medida que a luz viaja pelo espaço na nossa direção, estica-se em comprimentos de vaga mais longos e avermelhados devido à expansão do Universo.

“O Webb vai ajudar-nos a ultrapassar todos os limites,” disse Jennifer Lotz, coinvestigadora da proposta e diretora do Observatório Gemini, troço do NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory) da NSF (National Science Foundation). “E vamos publicar os dados imediatamente para obséquio de todos os investigadores.”

Estes investigadores também vão focar-se na identificação do texto metálico em cada galáxia, mormente em galáxias mais pequenas e mais fracas que ainda não tenham sido completamente examinadas – especificamente com os espectros que o instrumento NIRISS do Webb fornece.

“Uma das formas fundamentais de traçarmos a evolução através do tempo cósmico é pela quantidade de metais que estão numa galáxia,” explicou Danielle Berg, professora assistente na Universidade do Texas em Austin e coinvestigadora da proposta. Quando o Universo começou, havia exclusivamente hidrogénio e hélio.

Novos elementos foram formados por sucessivas gerações de estrelas. Ao registar o texto de cada galáxia, os investigadores serão capazes de traçar exatamente quando vários elementos já existiam e atualizar modelos que projetam uma vez que as galáxias evoluíram no Universo primitivo.

Revelando novas camadas

Outro programa, liderado por Michael Maseda, professor assistente na Universidade de Wisconsin-Madison, vai examinar o campo primitivo HUDF usando a rede de obturadores do NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb.

Nascente instrumento fornece espectros para objetos específicos, dependendo de quais os obturadores em miniatura os investigadores abrem. “Estas galáxias existiram durante os primeiros milénio milhões de anos da história do Universo, sobre os quais temos muito pouca informação até à data,” explicou Maseda. “O Webb vai fornecer a primeira grande réplica que nos dará a oportunidade de as compreender em pormenor.”

Sabemos que estas galáxias existem devido a extensas observações que esta equipa fez – juntamente com uma equipa internacional de investigação – com o instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) do VLT (Very Large Telescope). Embora o MUSE seja o “dianteiro”, identificando galáxias mais pequenas e mais fracas neste campo profundo, o Webb será o primeiro telescópio a caracterizar totalmente as suas composições químicas.

Estas galáxias extremamente distantes têm implicações importantes para a nossa compreensão de uma vez que as galáxias se formaram no Universo primitivo. “O Webb vai transfixar um novo espaço para a invenção,” explicou Anna Feltre, do INAF (Instituto Vernáculo de Astrofísica) na Itália e coinvestigadora. “Os seus dados vão ajudar-nos a aprender precisamente o que acontece à medida que uma galáxia se forma, incluindo quais os metais que contêm, quão rapidamente crescem e se já têm buracos negros.”

Esta investigação será realizada uma vez que troço dos programas GO (General Observer) do Webb, que são selecionados competitivamente usando uma revisão duplamente anónima, o mesmo sistema que é usado para atribuir tempo de reparo com o Telescópio Espacial Hubble.