Um telescópio poderia ver o início dos tempos?

O Telescópio Espacial James Webb, ou JWST para abreviar, é um dos telescópios mais avançados já construídos. O planejamento do JWST começou há mais de 25 anos e os esforços de construção se estenderam por mais de uma década. 

Ele foi lançado ao espaço em 25 de dezembro de 2021 e, em um mês, chegou ao seu destino final: 930 mil milhas de distância da Terra. A sua localização no espaço permite-lhe uma visão relativamente desobstruída do universo. 

Milhares de galáxias, cada uma contendo bilhões de estrelas, estão nesta foto de 2022 tirada pelo Telescópio Espacial James Webb. NASA/ESA/CSA/STScI 

O projeto do telescópio foi um esforço global, liderado pela NASA, e pretendia expandir os limites da observação astronômica com engenharia revolucionária. Seu espelho é maciço – cerca de 21 pés (6,5 metros) de diâmetro. Isso é quase três vezes o tamanho do Telescópio Espacial Hubble, lançado em 1990 e que funciona até hoje. É o espelho de um telescópio que lhe permite recolher luz. O JWST é tão grande que pode "ver" as galáxias e estrelas mais fracas e distantes do universo. Seus instrumentos de última geração podem revelar informações sobre a composição, temperatura e movimento desses objetos cósmicos distantes.

Como astrofísico, estou continuamente olhando para trás no tempo para ver como eram as estrelas, galáxias e buracos negros supermassivos quando sua luz começou sua jornada em direção à Terra, e estou usando essas informações para entender melhor seu crescimento e evolução. Para mim, e para milhares de cientistas espaciais, o Telescópio Espacial James Webb é uma janela para esse universo desconhecido.

Até onde o JWST pode perscrutar o cosmos e o passado? Cerca de 13,5 bilhões de anos.

Esta ilustração da vista frontal do Telescópio Espacial James Webb mostra seu escudo solar e espelhos dourados. NASA/ESA/CSA/Northrop Grumman

Viagem no Tempo

Um telescópio não mostra estrelas, galáxias e exoplanetas como estão agora. Em vez disso, os astrônomos estão tendo um vislumbre de como eram no passado. Leva tempo para que a luz viaje pelo espaço e chegue aos nossos telescópios. Em essência, isso significa que um olhar para o espaço também é uma viagem no tempo.

Isso vale até para objetos que estão bem próximos de nós. A luz que você vê do Sol a deixou cerca de 8 minutos, 20 segundos antes. Esse é o tempo que leva para a luz do Sol viajar para a Terra.

Você pode facilmente fazer as contas sobre isso. Toda a luz – seja luz solar, uma lanterna ou uma lâmpada em sua casa – viaja a 186.000 milhas (quase 300.000 quilômetros) por segundo. São pouco mais de 11 milhões de milhas (cerca de 18 milhões de quilômetros) por minuto. O Sol está a cerca de 93 milhões de milhas (150 milhões de quilômetros) da Terra. Isso sai em cerca de 8 minutos, 20 segundos. 

Mas quanto mais longe algo está, mais tempo sua luz leva para chegar até nós. É por isso que a luz que vemos de Proxima Centauri, a estrela mais próxima de nós além do nosso Sol, tem 4 anos, ou seja, está a cerca de 25 trilhões de milhas (aproximadamente 40 trilhões de quilômetros) de distância da Terra, de modo que a luz leva pouco mais de quatro anos para chegar até nós. Ou, como os cientistas gostam de dizer, quatro anos-luz.

Mais recentemente, o JWST observou Earendel, uma das estrelas mais distantes já detectadas. A luz que o JWST vê de Earendel tem cerca de 12,9 bilhões de anos.

O Telescópio Espacial James Webb está olhando muito mais para trás no tempo do que anteriormente possível com outros telescópios, como o Telescópio Espacial Hubble. Por exemplo, embora o Hubble possa ver objetos 60.000 vezes mais fracos do que o olho humano, o JWST pode ver objetos quase nove vezes mais fracos do que até mesmo o Hubble.

O Telescópio Espacial James Webb pode ver 13,5 bilhões de anos – desde quando as primeiras estrelas e galáxias começaram a se formar. STScI

O Big Bang

Mas é possível voltar ao início dos tempos?

O Big Bang é um termo usado para definir o início do nosso universo como o conhecemos. Os cientistas acreditam que tenha ocorrido há cerca de 13,8 bilhões de anos. É a teoria mais aceita entre os físicos para explicar a história do nosso universo.

O nome é um pouco enganoso, no entanto, porque sugere que algum tipo de explosão, como fogos de artifício, criou o universo. O Big Bang representa mais de perto o aparecimento do espaço em rápida expansão em todos os lugares do universo. O ambiente imediatamente após o Big Bang era semelhante a uma névoa cósmica que cobria o universo, tornando difícil para a luz viajar além dele. Eventualmente, galáxias, estrelas e planetas começaram a crescer.

É por isso que essa era no universo é chamada de "idade das trevas cósmica". À medida que o universo continuava a se expandir, a névoa cósmica começou a subir, e a luz finalmente foi capaz de viajar livremente pelo espaço. De fato, alguns satélites observaram a luz deixada pelo Big Bang, cerca de 380 mil anos depois de ter ocorrido. Esses telescópios foram construídos para detectar o brilho remanescente do Big Bang, cuja luz pode ser rastreada na banda de micro-ondas.

No entanto, mesmo 380.000 anos após o Big Bang, não havia estrelas e galáxias. O universo ainda era um lugar muito escuro. A idade cósmica das trevas só terminaria algumas centenas de milhões de anos depois, quando as primeiras estrelas e galáxias começaram a se formar.

Esta é uma imagem JWST da NGC 604, uma região de formação estelar a cerca de 2,7 milhões de anos-luz da Terra. NASA/ESA/CSA/STScI

O Telescópio Espacial James Webb não foi projetado para observar desde o Big Bang, mas sim para ver o período em que os primeiros objetos do universo começaram a se formar e emitir luz. Antes desse período, há pouca luz para o Telescópio Espacial James Webb observar, dadas as condições do universo primitivo e a falta de galáxias e estrelas. 

Olhar para o período de tempo próximo ao Big Bang não é simplesmente uma questão de ter um espelho maior – os astrônomos já fizeram isso usando outros satélites que observam a emissão de micro-ondas logo após o Big Bang. Assim, o Telescópio Espacial James Webb observando o universo algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang não é uma limitação do telescópio. Em vez disso, essa é realmente a missão do telescópio. É um reflexo de onde no universo esperamos que surja a primeira luz de estrelas e galáxias.

Ao estudar galáxias antigas, os cientistas esperam entender as condições únicas do universo primitivo e obter informações sobre os processos que as ajudaram a florescer. Isso inclui a evolução de buracos negros supermassivos, o ciclo de vida das estrelas e do que os exoplanetas – mundos além do nosso sistema solar – são feitos.

Fonte: discovermagazine.com