Webb obtém um quadro geral de como o enxame da Fénix forma estrelas

Investigadores, utilizando o Telescópio Espacial James Webb da NASA, resolveram finalmente o mistério de como um enorme enxame de galáxias está a formar estrelas a um ritmo tão elevado. A confirmação do Webb baseia-se em mais de uma década de estudos efetuados com o Observatório de raios X Chandra e com o Telescópio Espacial Hubble, bem como com vários observatórios terrestres. 

Dados espetroscópicos recolhidos pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA sobrepostos a uma imagem do enxame da Fénix que combina dados do Telescópio Espacial Hubble da NASA, do Observatório de raios X Chandra e do radiotelescópio VLA (Very Large Array). A poderosa sensibilidade do Webb no infravermelho médio detetou o gás em arrefecimento que conduz a um ritmo furioso de formação estelar neste massivo enxame galáctico. Crédito: NASA, CXC, NRAO, ESA, M. McDonald (MIT), M. Reefe (MIT), J. Olmsted (STScI)

O enxame da Fénix, um grupo de galáxias unidas pela gravidade a 5,8 mil milhões de anos-luz da Terra, tem sido alvo do interesse dos astrónomos devido a algumas propriedades únicas. Em particular, algumas que são surpreendentes: uma suspeita de arrefecimento extremo do gás e um ritmo furioso de formação estelar, apesar de um buraco negro supermassivo com cerca de 10 mil milhões de massa solar no seu núcleo.

Noutros enxames galácticos observados, o buraco negro supermassivo central liberta partículas energéticas e radiação que impedem o gás de arrefecer o suficiente para formar estrelas. Os investigadores têm estudado os fluxos de gás no interior deste enxame para tentar perceber como é que ele está a levar a uma formação estelar tão extrema.

"Podemos comparar os nossos estudos anteriores do enxame da Fénix, que encontraram diferentes taxas de arrefecimento a diferentes temperaturas, a uma pista de esqui", disse Michael McDonald do MIT (Massachusetts Institute of Technology) em Cambridge, investigador principal do programa. "O enxame da Fénix tem o maior reservatório de gás quente e em arrefecimento de qualquer enxame de galáxias - análogo a ter o teleférico mais movimentado, levando o maior número de esquiadores ao topo da montanha.

No entanto, nem todos esses esquiadores estavam a descer a montanha, o que significa que nem todo o gás estava a arrefecer até baixas temperaturas. Se houvesse uma pista de esqui onde houvessem muitas mais pessoas a sair do teleférico no topo do que a chegar ao fundo, isso seria um problema!"

Até à data, no enxame da Fénix, os números não estavam a bater certo e os investigadores estavam a perder uma parte do processo. O Webb encontrou agora esses proverbiais esquiadores no meio da montanha, na medida em que rastreou e mapeou o gás em arrefecimento que faltava e que acabará por alimentar a formação estelar. Mais importante ainda, este gás quente intermédio foi encontrado no interior de cavidades que traçam o gás muito quente, com uns escaldantes 10 milhões de graus Celsius, e o gás já arrefecido, com cerca de 10.000º C.

Esta imagem do enxame da Fénix combina dados do Telescópio Espacial Hubble da NASA, do Observatório de raios X Chandra e do radiotelescópio VLA (Very Large Array). Os raios X do Chandra mostram gás extremamente quente a roxo. Os dados óticos do Hubble mostram galáxias a amarelo e filamentos de gás mais frio, onde se estão a formar estrelas, a azul claro. Os jatos gerados por surtos, representados a vermelho, são vistos em ondas rádio pelo radiotelescópio VLA. Crédito: NASA, CXC, NRAO, ESA, M. McDonald (MIT)

A equipe estudou o núcleo do enxame com mais detalhe do que nunca, com o MIRI (Medium-Resolution Spectrometer on Webb’s Mid-Infrared Instrument) do Webb. Esta ferramenta permite aos investigadores obter dados espetroscópicos bidimensionais de uma região do céu, durante um conjunto de observações. 

"Estudos anteriores apenas mediram gás nos extremos frio e quente da distribuição de temperatura no centro do enxame", acrescentou McDonald. "Estávamos limitados - não era possível detetar o gás 'morno' que procurávamos. Com o Webb, pudemos fazer isto pela primeira vez".

Uma peculiaridade da natureza

A capacidade do Webb para detetar esta temperatura específica de gás em arrefecimento, cerca de 300.000º C, deve-se em parte às suas capacidades instrumentais. No entanto, os investigadores também estão a receber uma pequena ajuda da natureza.

Esta particularidade envolve dois átomos ionizados muito diferentes, o néon e o oxigénio, criados em ambientes semelhantes. A estas temperaturas, a emissão do oxigénio é 100 vezes mais brilhante, mas só é visível no ultravioleta. Embora o néon seja muito mais ténue, brilha no infravermelho, o que permitiu aos investigadores tirar partido dos instrumentos avançados do Webb.

"Nos comprimentos de onda do infravermelho médio detetados pelo Webb, a assinatura do néon VI era absolutamente estrondosa", explicou Michael Reefe, também do MIT, autor principal do artigo científico publicado na Nature. "Apesar desta emissão ser normalmente mais difícil de detetar, a sensibilidade do Webb no infravermelho médio corta todo o ruído".

A equipe espera agora empregar esta técnica para estudar enxames galácticos mais típicos. Embora o enxame da Fénix seja, em muitos aspetos, único, esta prova de conceito é um passo importante para aprender como outros enxames de galáxias formam estrelas.

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