Webb descobre nó cósmico denso no universo primitivo

Webb continua sua busca nos primeiros tempos do nosso Universo, revelando a surpreendente formação de um enorme aglomerado de galáxias em torno de um poderoso quasar vermelho.

[Descrição da imagem: Este visual mostra três imagens. À esquerda há uma visão ampla de campo de várias galáxias no campo. No centro está uma imagem composta de quatro imagens de banda estreita juntas, que aparece como uma mancha de arco-íris rebaraçada de cores. À direita estão as quatro imagens individuais de banda estreita do quasar em vermelho, laranja, teal e azul.] Crédito: ESA/Webb, NASA & CSA, D. Wylezalek, A. Vayner & the Q3D Team, N. Zakamska 

Astrônomos que investigam o universo primitivo fizeram uma descoberta surpreendente usando o Telescópio Espacial NASA/ESA/CSA James Webb. As capacidades espectroscópicas de Webb, combinadas com sua sensibilidade infravermelha, descobriram um aglomerado de galáxias massivas no processo de formação em torno de um quasar extremamente vermelho. O resultado expandirá nossa compreensão de como as galáxias no universo primitivo se uniram na teia cósmica que vemos hoje.

O quasar em questão, SDSS J165202.64+172852.3, é um quasar "extremamente vermelho" que existe no universo muito antigo, há 11,5 bilhões de anos. Quasares são um tipo raro e incrivelmente luminoso de núcleo galáctico ativo (AGN). Este quasar é um dos núcleos galácticos mais poderosos conhecidos que foi visto a uma distância tão extrema. Os astrônomos especularam que a emissão extrema do quasar poderia causar um "vento galáctico", empurrando gás livre para fora de sua galáxia hospedeira e possivelmente influenciando muito a futura formação estelar lá.

Um AGN é uma região compacta no centro de uma galáxia, que está emitindo radiação eletromagnética suficiente para ofuscar todas as estrelas da galáxia. AgNs, incluindo quasares, são alimentados por gás caindo em um buraco negro supermassivo no centro de sua galáxia.

Eles normalmente emitem grandes quantidades de luz em todos os comprimentos de onda, mas este núcleo galáctico é um membro de uma classe extraordinariamente vermelha. Além de sua cor vermelha intrínseca, a luz da galáxia foi ainda mais mudada avermelhada por sua vasta distância. Isso fez webb, tendo sensibilidade incomparável em comprimentos de onda infravermelhos, perfeitamente adequado para examinar a galáxia em detalhes.

Para investigar o movimento do gás, poeira e material estelar na galáxia, a equipe usou o Espectrógrafo Infravermelho Próximo (NIRSpec) do telescópio. Este poderoso instrumento pode reunir simultaneamente espectros em todo o campo de visão do telescópio, em vez de apenas um ponto de cada vez – uma técnica conhecida como espectroscopia da Unidade de Campo Integral (IFU). Isso permitiu que eles examinassem simultaneamente o quasar, sua galáxia e os arredores mais amplos.

A espectroscopia foi fundamental para entender o movimento das várias saídas e ventos ao redor do quasar. Os movimentos dos gases afetam a luz que emitem e refletem, fazendo com que ela seja vermelha ou azulecido em proporção à sua velocidade e direção [1]. A equipe foi capaz de ver e caracterizar esse movimento rastreando oxigênio ionizado no espectro do NIRSpec. As observações da IFU foram especialmente úteis, com a equipe aproveitando ao máximo a capacidade de coletar espectros de uma ampla área ao redor do próprio quasar.

Estudos anteriores do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e do instrumento espectrômetro de campo integral quase infravermelho no telescópio Gemini-North chamaram a atenção para os poderosos fluxos de saída do quasar, e os astrônomos especularam que sua galáxia hospedeira poderia estar se fundindo com algum parceiro invisível.

Mas a equipe não esperava que os dados nirspec de Webb indicassem claramente que eles não estavam apenas olhando para uma galáxia, mas pelo menos mais três girando em torno dela. Graças aos espectros da IFU sobre uma ampla área, os movimentos de todo esse material circundante poderiam ser mapeados, resultando na conclusão de que o SDSS J165202.64+172852.3 era na verdade parte de um nó denso da formação de galáxias.

Há poucos protoaglomerados de galáxias conhecidos neste início. É difícil encontrá-los, e muito poucos tiveram tempo de se formar desde o Big Bang", disse a astrônoma Dominika Wylezalek, da Universidade de Heidelberg, na Alemanha, que liderou o estudo neste quasar. "Isso pode eventualmente nos ajudar a entender como as galáxias em ambientes densos evoluem... É um resultado emocionante.

Usando as observações ifu da NIRSpec, a equipe foi capaz de confirmar três companheiros galácticos para este quasar e mostrar como eles estão conectados. Dados de arquivamento do Hubble sugerem que pode haver ainda mais. Imagens da Wide Field Camera 3 do Hubble mostraram material estendido ao redor do quasar e sua galáxia, levando sua seleção para este estudo em seu fluxo de saída e os efeitos em sua galáxia hospedeira. Agora, a equipe suspeita que eles poderiam estar olhando para o núcleo de um conjunto inteiro de galáxias – só agora revelado pela imagem nítida de Webb.

"Nossa primeira olhada nos dados rapidamente revelou sinais claros de grandes interações entre as galáxias vizinhas", compartilhou o membro da equipe Andrey Vayner da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, EUA. "A sensibilidade do instrumento NIRSpec era imediatamente aparente, e ficou claro para mim que estamos em uma nova era de espectroscopia infravermelha."

As três galáxias confirmadas estão orbitando umas às outras a velocidades incrivelmente altas, uma indicação de que uma grande quantidade de massa está presente. Quando combinado com o quão perto eles são embalados na região ao redor deste quasar, a equipe acredita que isso marca uma das áreas mais densas conhecidas da formação de galáxias no universo primitivo. "Mesmo um nó denso de matéria escura não é suficiente para explicá-la", diz Wylezalek. "Achamos que podemos estar vendo uma região onde dois halos maciços de matéria escura estão se fundindo."

O estudo conduzido pela equipe de Wylezalek faz parte das investigações de Webb sobre o universo primitivo. Com sua capacidade sem precedentes de olhar para trás no tempo, o telescópio já está sendo usado para investigar como as primeiras galáxias foram formadas e evoluídas, e como os buracos negros se formaram e influenciaram a estrutura do Universo. A equipe está planejando observações de acompanhamento neste proto-aglomerado de galáxias inesperada, e espera usá-lo para entender como aglomerados de galáxias densas e caóticas como esta forma, e como ela é afetada pelo buraco negro ativo e supermassivo em seu coração.

Eles pretendem primeiro voltar à questão dos ventos galácticos e feedback quasar. Quasares têm sido suspeitos há muito tempo como o culpado da redução da formação de estrelas em suas galáxias hospedeiras por este mecanismo de feedback, mas evidências firmes para ligar os dois tem sido difícil de encontrar. As observações atuais são apenas as primeiras de um conjunto que estudará três quasares com Webb, cada um em momentos diferentes no passado do Universo.

"Desembaraçar a luz incrivelmente brilhante de um quasar distante do hospedeiro muito mais dimmer e seus companheiros é quase impossível do chão. Descobrir os detalhes dos ventos galácticos que podem produzir feedback é ainda mais desafiador", compartilhou o membro da equipe David Rupke, do Rhodes College, em Memphis, EUA. "Agora, com Webb, já podemos ver que está mudando." 

Fonte: esawebb.org