Webb revela prequela do universo primitivo para enorme aglomerado de galáxias

Todo gigante já foi um bebê, embora você nunca os tenha visto nesse estágio de desenvolvimento. O Telescópio Espacial James Webb da NASA começou a lançar luz sobre os anos de formação na história do universo que até agora estavam fora de alcance: a formação e montagem de galáxias.

Imagem composta do ramo gigante vermelho NIRCam do campo Abell 2744 (azul, F115W; verde, F200W; vermelho, F444W). As galáxias confirmadas são marcadas por quadrados vermelhos e mostradas individualmente nos painéis ampliados (22 × 22). A posição da fenda do conjunto do microobturador (MSA) para cada objeto é mostrada um retângulo (colorido em ciano para o programa de Tempo Discricionário do Diretor (DDT) e vermelho para o GLASS-ERS). Os restantes candidatos fotométricos z ∼ 7,9 que foram originalmente identificados em Zheng et al. (2014), mas não abrangidos pelas nossas observações NIRSpec, estão marcados em círculos laranja. Crédito: The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acb99e 

Pela primeira vez, um protoaglomerado de sete galáxias foi confirmado a uma distância que os astrônomos chamam de redshift 7.9, ou meros 650 milhões de anos após o big bang. Com base nos dados coletados, os astrônomos calcularam o desenvolvimento futuro do aglomerado nascente, descobrindo que ele provavelmente crescerá em tamanho e massa para se assemelhar ao Coma Cluster, um monstro do universo moderno. 

“Este é um local único e muito especial de evolução acelerada de galáxias, e o Webb nos deu a capacidade sem precedentes de medir as velocidades dessas sete galáxias e confirmar com confiança que elas estão unidas em um protoaglomerado”, disse Takahiro Morishita, do IPAC-California Institute. of Technology, principal autor do estudo publicado no Astrophysical Journal Letters. 

As medições precisas capturadas pelo Espectrógrafo de infravermelho próximo do Webb (NIRSpec) foram essenciais para confirmar a distância coletiva das galáxias e as altas velocidades em que elas se movem dentro de um halo de matéria escura – mais de dois milhões de milhas por hora (cerca de mil quilômetros por segundo). 

Os dados espectrais permitiram aos astrônomos modelar e mapear o desenvolvimento futuro do grupo reunido, até o nosso tempo no universo moderno. A previsão de que o protoaglomerado acabará se assemelhando ao Coma Cluster significa que ele poderá eventualmente estar entre as coleções de galáxias mais densas conhecidas, com milhares de membros. 

“Podemos ver essas galáxias distantes como pequenas gotas de água em diferentes rios, e podemos ver que eventualmente todas elas se tornarão parte de um grande e poderoso rio”, disse Benedetta Vulcani, do Instituto Nacional de Astrofísica da Itália, outro membro da a equipe de pesquisa. 

Os aglomerados de galáxias são as maiores concentrações de massa no universo conhecido, o que pode deformar drasticamente o próprio tecido do espaço-tempo. Essa deformação, chamada lente gravitacional, pode ter um efeito de ampliação para objetos além do aglomerado, permitindo que os astrônomos olhem através do aglomerado como uma lupa gigante. A equipe de pesquisa foi capaz de utilizar esse efeito, olhando através do Aglomerado de Pandora para ver o protoaglomerado; até mesmo os poderosos instrumentos de Webb precisam de uma ajuda da natureza para enxergar tão longe. 

Explorar como grandes aglomerados como Pandora e Coma se uniram pela primeira vez tem sido difícil, devido à expansão do universo que estende a luz além dos comprimentos de onda visíveis no infravermelho, onde os astrônomos não tinham dados de alta resolução antes do Webb. Os instrumentos infravermelhos de Webb foram desenvolvidos especificamente para preencher essas lacunas no início da história do universo. 

As sete galáxias confirmadas por Webb foram inicialmente estabelecidas como candidatas para observação usando dados do programa Frontier Fields do Telescópio Espacial Hubble. O programa dedicou o tempo do Hubble a observações usando lentes gravitacionais, para observar galáxias muito distantes em detalhes. No entanto, como o Hubble não consegue detectar a luz além do infravermelho próximo, há apenas tantos detalhes que ele pode ver. Webb iniciou a investigação, concentrando-se nas galáxias exploradas pelo Hubble e reunindo dados espectroscópicos detalhados, além de imagens. 

A equipe de pesquisa antecipa que a futura colaboração entre Webb e o Nancy Grace Roman Space Telescope da NASA, uma missão de pesquisa de campo amplo e alta resolução, produzirá ainda mais resultados nos primeiros aglomerados de galáxias. Com 200 vezes o campo de visão infravermelho do Hubble em uma única tomada, Roman será capaz de identificar mais candidatos a protoaglomerados de galáxias, que o Webb pode acompanhar para confirmar com seus instrumentos espectroscópicos. A missão romana está atualmente prevista para ser lançada em maio de 2027. 

“É incrível a ciência que podemos sonhar em fazer, agora que temos o Webb”, disse Tommaso Treu, da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, membro da equipe de pesquisa do protoaglomerado. “Com este pequeno protoaglomerado de sete galáxias, a esta grande distância, tivemos uma taxa de confirmação espectroscópica de cem por cento, demonstrando o futuro potencial para mapear a matéria escura e preencher a linha do tempo do desenvolvimento inicial do universo”.

Fonte: phys.org