Webb descobre que as galáxias anãs reionizaram o Universo

Utilizando as capacidades sem precedentes do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA, uma equipa internacional de cientistas obteve as primeiras observações espetroscópicas das galáxias mais ténues durante os primeiros mil milhões de anos do Universo. Estas descobertas ajudam a responder a uma questão de longa data dos astrónomos: que fontes causaram a reionização do Universo? 

Os astrónomos estimam que 50.000 fontes de luz no infravermelho próximo estão representadas nesta imagem do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA. A sua luz percorreu distâncias variáveis para alcançar os detetores do telescópio, representando a imensidão do espaço numa única imagem. Crédito: NASA, ESA, CSA, I. Labbe (Universidade de Swinburne) e R. Bezanson (Universidade de Pittsburgh); processamento de imagem - Alyssa Pagan (STScI)

Ainda há muito por compreender sobre o período, no início da história do Universo, conhecido como a era da reionização. Foi um período de escuridão sem estrelas ou galáxias, preenchido por uma densa névoa de hidrogénio gasoso, até que as primeiras estrelas ionizaram o gás à sua volta e a luz começou a viajar. Os astrónomos passaram décadas a tentar identificar as fontes que emitiam radiação suficientemente poderosa para dissipar gradualmente este nevoeiro de hidrogénio que cobria o Universo primitivo.

O programa UNCOVER (Ultradeep NIRSpec and NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization) consiste em observações espetroscópicas e de imagem do enxame Abell 2744. Uma equipe internacional de astrónomos utilizou a lente gravitacional deste alvo, também conhecido como Enxame de Pandora, para investigar as fontes do período de reionização do Universo. As lentes gravitacionais ampliam e distorcem o aspeto de galáxias ainda mais distantes, pelo que têm um aspeto muito diferente das que se encontram em primeiro plano.

A "lente" deste enxame massivo de galáxias deforma o tecido do próprio espaço de tal modo que a luz de galáxias distantes, que passa através do espaço deformado, também assume um aspeto deformado. O efeito de ampliação permitiu à equipa estudar fontes muito distantes de luz para lá de Abell 2744, revelando oito galáxias extremamente ténues que, de outra forma, seriam indetetáveis, até para o Webb.

A equipa descobriu que estas galáxias ténues são produtoras de imensa luz ultravioleta, a níveis quatro vezes superiores ao que se supunha anteriormente. Isto significa que a maior parte dos fotões que reionizaram o Universo provém provavelmente destas galáxias anãs.

"Esta descoberta revela o papel crucial desempenhado pelas galáxias ultrafracas na evolução inicial do Universo", disse Iryna Chemerynska, membro da equipa, do Instituto de Astrofísica de Paris, França. "Produzem fotões ionizantes que transformam o hidrogénio neutro em plasma ionizado durante a reionização cósmica. Isto realça a importância de compreender o papel das galáxias de baixa massa na história do Universo".

"Estas potências cósmicas emitem coletivamente energia mais do que suficiente para fazer o trabalho", acrescentou o líder da equipa, Hakim Atek, também do Instituto de Astrofísica de Paris e autor principal do artigo científico que descreve este resultado. "Apesar do seu tamanho minúsculo, estas galáxias de baixa massa são produtoras prolíficas de radiação energética, e a sua abundância durante este período é tão substancial que a sua influência coletiva pode transformar todo o estado do Universo."

Para chegar a esta conclusão, a equipe começou por combinar dados extremamente sensíveis de imagem do Webb com imagens de Abell 2744 obtidas pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA para selecionar galáxias candidatas extremamente ténues na época da reionização.

Seguiu-se então espetroscopia com o instrumento NIRSpec (Near-InfraRed Spectrograph) do Webb. O componente MSA (Multi-Shutter Assembly) deste instrumento foi utilizado para captar vários espetros destas galáxias ténues. Esta é a primeira vez que os cientistas estimam de forma fiável a frequência das galáxias ténues.

Os resultados confirmam que são o tipo de galáxias mais abundante durante a época da reionização. É também a primeira vez que se mede o poder de ionização destas galáxias, o que permite aos astrónomos determinar que estão a produzir radiação energética suficiente para ionizar o Universo primitivo.

"A incrível sensibilidade do NIRSpec, combinada com a ampliação gravitacional proporcionada pelo enxame Abell 2744, permitiu-nos identificar e estudar em pormenor estas galáxias dos primeiros mil milhões de anos do Universo, apesar de serem mais de 100 vezes mais fracas do que a nossa Via Láctea", continuou Hakim.

Num próximo programa de observação do Webb, denominado GLIMPSE, os cientistas obterão as observações mais sensíveis alguma vez efetuadas do céu. Ao apontar para outro enxame galáctico, chamado Abell S1063, serão identificadas galáxias ainda mais fracas durante a época da reionização.

Isto permitirá aos cientistas verificar se as galáxias anãs do estudo atual são típicas da distribuição galáctica a larga escala. Uma vez que estes novos resultados se baseiam em observações obtidas num único campo, a equipa salienta que as propriedades ionizantes das galáxias fracas podem ser diferentes se estas residirem em regiões mais densas.

Por conseguinte, observações adicionais num campo diferente fornecerão novos conhecimentos e ajudarão a verificar estas conclusões. As observações do programa GLIMPSE também ajudarão os astrónomos a investigar o período conhecido como "amanhecer cósmico", quando o Universo tinha apenas alguns milhões de anos, para melhorar a nossa compreensão do aparecimento das primeiras galáxias.

Estes resultados foram publicados na revista Nature.

Fonte: esawebb.org