Webb descobre um denso nó cósmico no Universo primitivo

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ESO

Os astrónomos que olham para o início do Universo fizeram uma invenção surpreendente utilizando o Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA.

As capacidades espectroscópicas do Webb, combinadas com a sua sensibilidade infravermelha, revelaram um enxame de galáxias massivas em processo de formação à volta de um quasar extremamente vermelho.

O resultado vai expandir a nossa compreensão de porquê as galáxias no início do Universo se fundiram na teia cósmica que vemos hoje.

O quasar em questão, SDSS J165202.64+172852.3, é um quasar “extremamente vermelho” que existe nos primórdios do Universo, há 11,5 milénio milhões de anos.

Os quasares são um tipo vasqueiro e incrivelmente luminoso de núcleo galáctico ativo. Nascente quasar é um dos mais poderosos núcleos galácticos ativos conhecidos que foi visto a uma intervalo tão extrema.

Os astrónomos tinham especulado que a emissão extrema do quasar poderia promover um “vento galáctico”, empurrando gás livre para fora da sua galáxia hospedeira e possivelmente influenciando em muito a sua futura formação estelar.

Um núcleo galáctico ativo é uma região compacta no núcleo de uma galáxia que emite radiação eletromagnética suficiente para fulgurar mais do que todas as estrelas da galáxia. Os núcleos galácticos ativos, incluindo os quasares, são alimentados por gás que cai num buraco preto supermassivo no núcleo da sua galáxia.

Normalmente emitem grandes quantidades de luz em todos os comprimentos de vaga, mas levante núcleo galáctico é um membro de uma classe invulgarmente vermelha. Para além da sua cor vermelha intrínseca, a luz da galáxia foi desviada ainda mais para o vermelho devido à sua grande intervalo.

Isto fez com que o Webb, tendo uma sensibilidade inigualável em comprimentos de vaga infravermelhos, fosse adequado para examinar a galáxia em pormenor.

Para investigar o movimento do gás, da poeira e do material estelar na galáxia, a equipa utilizou o NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) do telescópio.

Nascente poderoso instrumento pode simultaneamente reunir espectros em todo o campo de visão do telescópio, em vez de somente um ponto de cada vez — uma técnica conhecida porquê espectroscopia de campo integral. Isto permitiu-lhes examinar simultaneamente o quasar, a sua galáxia e o envolvente mais extenso.

A espectroscopia foi fundamental para compreender o movimento dos vários fluxos e ventos que rodeavam o quasar. Os movimentos destes gases afetam a luz que emitem e refletem, fazendo com que esta seja desviada para o vermelho ou desviada para o azul em proporção à sua velocidade e direção.

A equipa foi capaz de ver e caracterizar levante movimento ao rastrear o oxigénio ionizado nos espectros do NIRSpec. As observações de campo integral foram principalmente úteis, com a equipa a tirar o sumo partido da capacidade de recolher espectros de uma vasta dimensão em volta do próprio quasar.

O quasar SDSS J165202.64+172852.3

O quasar SDSS J165202.64+172852.3 é cá visto numa imagem obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA no visível e no infravermelho próximo à esquerda. As imagens no núcleo e à direita mostram as novas observações do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA em vários comprimentos de vaga para provar a distribuição do gás à volta do objeto.

Estudos anteriores realizados, entre outros, pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e pelo NIFS (Near-Infrared Integral Field Spectrometer) montado no telescópio Gemini North, chamaram a atenção para os poderosos fluxos do quasar e os astrónomos tinham especulado que a sua galáxia hospedeira poderia estar a fundir-se com qualquer parceiro invisível.

Mas a equipa não estava à espera que os dados NIRSpec do Webb indicassem claramente que não estavam somente a olhar para uma galáxia, mas para pelo menos mais três a remoinhar à sua volta.

Graças aos espectros de campo integral, os movimentos de todo levante material circundante puderam ser mapeados, resultando na peroração de que SDSS J165202.64+172852.3 fazia, de facto, secção de um nó denso de formação galáctica.

“Existem poucos protoenxames galácticos conhecidos nesta período inicial. É difícil encontrá-los e muito poucos tiveram tempo para se formar desde o Big Bang”, disse a astrónoma Dominika Wylezalek da Universidade de Heidelberg na Alemanha, que liderou o estudo deste quasar. “Isto pode eventualmente ajudar-nos a compreender porquê as galáxias evoluem em ambientes densos… é um resultado excitante”.

Usando as observações de campo integral do NIRSpec, a equipa foi capaz de confirmar três companheiras galácticas deste quasar e mostrar porquê estão ligadas. Os dados de registro do Hubble sugerem que podem possuir ainda mais.

As imagens do WFC3 (Wide Field Camera 3) do Hubble tinham mostrado material alargado em volta do quasar e da sua galáxia, levando à sua seleção para levante estudo sobre o fluxo e os efeitos na sua galáxia hospedeira.

Agora, a equipa suspeita que pode estar a olhar para o núcleo de todo um enxame de galáxias — só agora revelado pelas imagens nítidas do Webb.

“O nosso primeiro olhar para os dados revelou rapidamente sinais claros de grandes interações entre as galáxias vizinhas”, partilhou o membro da equipa Andrey Vayner da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, EUA.

“A sensibilidade do instrumento NIRSpec foi imediatamente visível e ficou simples, para mim, que estamos numa novidade era de espectroscopia de infravermelho”.

As três galáxias confirmadas orbitam-se umas às outras a velocidades incrivelmente elevadas, uma indicação de que está presente uma grande quantidade de volume.

Quando combinadas com a proximidade a que se encontram na região em volta deste quasar, a equipa pensa que isto marca uma das áreas de formação galáctica mais densa conhecidas no início do Universo.

“Mesmo um nó denso de material escura não é suficiente para o explicar”, diz Wylezalek. “Pensamos que podemos estar a ver uma região onde dois halos massivos de material escura se estão a fundir”.

O estudo realizado pela equipa de Wylezalek faz secção das investigações do Webb sobre o Universo primitivo. Com a sua capacidade sem precedentes de olhar para trás no tempo, o telescópio já está a ser utilizado para investigar porquê as primeiras galáxias foram formadas e evoluíram e porquê os buracos negros se formaram e influenciaram a estrutura do Universo.

A equipa está a planear observações de comitiva deste inesperado protoenxame galáctico e espera usá-las para compreender porquê os enxames densos e caóticos de galáxias, porquê levante, se formam, e porquê são afetados pelo buraco preto ativo e supermassivo no seu coração.

O seu objetivo é voltar primeiro à questão dos ventos galácticos e do feedback dos quasares. Há muito que se suspeita que os quasares são os responsáveis pela redução da formação estelar nas suas galáxias hospedeiras através deste mecanismo de feedback, mas é difícil encontrar evidências firmes para vincular os dois.

As observações são somente as primeiras de um conjunto que irá estudar três quasares com o Webb, cada um em momentos diferentes no pretérito do Universo.

“Separar a luz incrivelmente claro de um quasar distante da hospedeira muito mais fraca e das suas companheiras é quase impossível a partir do solo. Desenredar os detalhes dos ventos galácticos que podem produzir feedback é ainda mais desafiante”, partilhou o membro da equipa David Rupke da Rhodes College em Memphis, EUA. “Agora, com o Webb, já podemos ver que isso está a mudar”.

Esta investigação foi concluída porquê secção dos programas ERS (Early Release Science) do Webb. Estas observações estão a ter lugar durante os primeiros cinco meses de operações científicas do Webb. As observações Webb que produziram levante resultado foram obtidas pelo programa #1335 do ERS.

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