Webb da NASA vê galáxia misteriosamente limpando a névoa do universo primitivo

Usando a sensibilidade infravermelha única do Telescópio Espacial James Webb da NASA, pesquisadores podem examinar galáxias antigas para sondar segredos do universo primitivo. Agora, uma equipe internacional de astrônomos identificou uma emissão brilhante de hidrogênio de uma galáxia em um momento inesperadamente inicial na história do universo. A descoberta surpreendente está desafiando os pesquisadores a explicar como essa luz poderia ter perfurado a espessa névoa de hidrogênio neutro que preenchia o espaço naquela época.

Uma área do espaço profundo é coberta por uma dispersão de galáxias em muitas formas e em cores que variam do azul ao esbranquiçado e ao laranja, bem como algumas estrelas próximas. Um quadrado muito pequeno é mostrado ampliado, em uma caixa à esquerda. No centro, um ponto vermelho, uma galáxia distante, é marcado por linhas e rotulado como “Redshift (z)=13”, significando sua distância extrema. Duas galáxias muito maiores são rotuladas como “z=0,63” e “z=0,70”. A caixa é intitulada “JADES-GS-z13-1”. Crédito: ESA/Webb, NASA, STScI, CSA, Colaboração JADES, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA), J. Witstok, P. Jakobsen, A. Pagan (STScI), M. Zamani (ESA/Webb) 

O telescópio Webb descobriu a galáxia incrivelmente distante JADES-GS-z13-1, observada existir apenas 330 milhões de anos após o big bang, em imagens tiradas pela NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb como parte do James Webb Space Telescope Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Os pesquisadores usaram o brilho da galáxia em diferentes filtros infravermelhos para estimar seu redshift , que mede a distância de uma galáxia da Terra com base em como sua luz foi esticada durante sua jornada pelo espaço em expansão.

A imagem da NIRCam produziu uma estimativa inicial de redshift de 12,9. Buscando confirmar seu redshift extremo, uma equipe internacional liderada por Joris Witstok da Universidade de Cambridge no Reino Unido, bem como o Cosmic Dawn Center e a Universidade de Copenhagen na Dinamarca, então observou a galáxia usando o instrumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do Webb.

No espectro resultante , o desvio para o vermelho foi confirmado como 13,0. Isso equivale a uma galáxia vista apenas 330 milhões de anos após o big bang, uma pequena fração da idade atual do universo de 13,8 bilhões de anos. Mas uma característica inesperada também se destacou: um comprimento de onda de luz específico e distintamente brilhante, conhecido como emissão Lyman-alfa irradiada por átomos de hidrogênio. Essa emissão era muito mais forte do que os astrônomos pensavam ser possível neste estágio inicial do desenvolvimento do universo.

“O universo primitivo era banhado por uma névoa espessa de hidrogênio neutro", explicou Roberto Maiolino, membro da equipe da Universidade de Cambridge e do University College London. "A maior parte dessa névoa foi levantada em um processo chamado reionização, que foi concluído cerca de um bilhão de anos após o big bang.

GS-z13-1 é visto quando o universo tinha apenas 330 milhões de anos, mas mostra uma assinatura surpreendentemente clara e reveladora da emissão Lyman-alfa que só pode ser vista quando a névoa circundante se dissipou completamente. Esse resultado foi totalmente inesperado pelas teorias da formação inicial de galáxias e pegou os astrônomos de surpresa.”

Antes e durante a era da reionização , as imensas quantidades de neblina de hidrogênio neutro ao redor das galáxias bloqueavam qualquer luz ultravioleta energética que elas emitiam, muito parecido com o efeito de filtragem do vidro colorido. Até que estrelas suficientes se formassem e fossem capazes de ionizar o gás hidrogênio, nenhuma luz — incluindo a emissão de Lyman-alfa — poderia escapar dessas galáxias incipientes para chegar à Terra. A confirmação da radiação de Lyman-alfa desta galáxia, portanto, tem grandes implicações para nossa compreensão do universo primitivo.

“Nós realmente não deveríamos ter encontrado uma galáxia como esta, dada a nossa compreensão da maneira como o universo evoluiu", disse Kevin Hainline, um membro da equipe da Universidade do Arizona.

"Poderíamos pensar no universo primitivo como envolto em uma névoa espessa que tornaria extremamente difícil encontrar até mesmo faróis poderosos espiando através dela, mas aqui vemos o feixe de luz desta galáxia perfurando o véu. Esta fascinante linha de emissão tem enormes ramificações sobre como e quando o universo se reionizou.”

A fonte da radiação Lyman-alfa desta galáxia ainda não é conhecida, mas pode incluir a primeira luz da primeira geração de estrelas a se formar no universo. “A grande bolha de hidrogênio ionizado que cerca esta galáxia pode ter sido criada por uma população peculiar de estrelas — muito mais massiva, mais quente e mais luminosa do que estrelas formadas em épocas posteriores, e possivelmente representativa da primeira geração de estrelas", disse Witstok. Um poderoso núcleo galáctico ativo , impulsionado por um dos primeiros buracos negros supermassivos, é outra possibilidade identificada pela equipe.

Esta pesquisa foi publicada quarta-feira na revista Nature .

Webbtelescope.org