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Durante décadas, o Telescópio Espacial Hubble e os telescópios terrestres nos forneceram imagens espetaculares de galáxias. Tudo isso mudou quando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) foi lançado em dezembro de 2021 e completou o comissionamento com sucesso durante o primeiro semestre de 2022. Para os astrônomos, o universo, como o havíamos visto, agora se revela de uma nova maneira nunca imaginada pelo Instrumento de câmera de infravermelho próximo (NIRCam) do telescópio.
A NIRCam é o gerador de imagens primário da Webb que cobre a faixa de comprimento de onda infravermelho de 0,6 a 5 mícrons. O NIRCam detecta a luz das primeiras estrelas e galáxias em processo de formação, a população de estrelas em galáxias próximas, bem como estrelas jovens nos objetos da Via Láctea e do Cinturão de Kuiper.
O projeto Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science, ou PEARLS, é o assunto de um estudo recente publicado na revista astronômica por uma equipe de pesquisadores, incluindo o Professor Rogier Windhorst da Escola de Exploração Espacial e da Terra da Universidade Estadual do Arizona, o Cientista de Pesquisa Rolf Jansen, o Cientista de Pesquisa Associado Seth Cohen, o Assistente de Pesquisa Jake Summers e a Associada de Pós-Graduação Rosalia O’Brien, juntamente com a contribuição de muitos outros pesquisadores.
Para os pesquisadores, as imagens do programa PEARLS das primeiras galáxias mostram a quantidade de lentes gravitacionais de objetos no fundo de aglomerados massivos de galáxias, permitindo que a equipe veja alguns desses objetos muito distantes. Em um desses campos relativamente profundos, a equipe trabalhou com impressionantes imagens multicoloridas para identificar galáxias em interação com núcleos ativos.
Os dados de Windhorst e sua equipe mostram evidências de buracos negros gigantes em seu centro, onde você pode ver o disco de acreção – o material caindo no buraco negro, brilhando intensamente no centro da galáxia. Além disso, muitas estrelas galácticas aparecem como gotas nos pára-brisas do seu carro – como se você estivesse dirigindo pelo espaço intergaláctico. Este campo colorido está diretamente acima do plano da eclíptica, o plano no qual a Terra e a Lua, e todos os outros planetas, orbitam ao redor do Sol.
“Por mais de duas décadas, trabalhei com uma grande equipe internacional de cientistas para preparar nosso programa científico Webb”, disse Windhorst. “As imagens de Webb são realmente fenomenais, realmente além dos meus sonhos mais loucos. Elas nos permitem medir a densidade numérica de galáxias brilhando até limites infravermelhos muito fracos e a quantidade total de luz que produzem. Essa luz é muito mais fraca do que o céu infravermelho muito escuro medido entre essas galáxias.”
A primeira coisa que a equipe pode ver nessas novas imagens é que muitas galáxias que estavam próximas ou realmente invisíveis ao Hubble são brilhantes nas imagens tiradas pelo Webb. Essas galáxias estão tão distantes que a luz emitida pelas estrelas foi esticada.
A equipe se concentrou no campo de domínio do tempo do Pólo Eclíptico Norte com o telescópio Webb – facilmente visualizado devido à sua localização no céu. Windhorst e a equipe planejam observá-lo quatro vezes.
As primeiras observações, compostas por dois ladrilhos sobrepostos, produziram uma imagem que mostra objetos tão fracos quanto o brilho de 10 vaga-lumes à distância da lua (com a lua ausente). O limite final para Webb é um ou dois vaga-lumes. Os objetos mais fracos e vermelhos visíveis na imagem são galáxias distantes que remontam às primeiras centenas de milhões de anos após o Big Bang.
Durante a maior parte da carreira de Jansen, ele trabalhou com câmeras no solo e no espaço, onde você tem um único instrumento com uma única câmera que produz uma imagem. Agora os cientistas têm um instrumento que não tem apenas um detector ou uma imagem saindo dele, mas 10 simultaneamente. Para cada exposição que o NIRCam faz, ele fornece 10 dessas imagens. É uma quantidade enorme de dados, e o volume absoluto pode ser esmagador.
Para processar esses dados e canalizá-los por meio do software de análise de colaboradores em todo o mundo, Summers tem sido fundamental.
“As imagens do JWST excedem em muito o que esperávamos de minhas simulações antes das primeiras observações científicas”, disse Summers. “Analisando essas imagens JWST, fiquei muito surpreso com sua excelente resolução.”
O principal interesse de Jansen é descobrir como galáxias como a nossa própria Via Láctea surgiram. E a maneira de fazer isso é olhar para trás no tempo para ver como as galáxias se juntaram, ver como elas evoluíram efetivamente e, assim, traçar o caminho desde o Big Bang até pessoas como nós.
“Fiquei impressionado com as primeiras imagens do PEARLS”, disse Jansen. “Mal sabia eu, quando selecionei este campo perto do Pólo Eclíptico Norte, que ele renderia um tesouro de galáxias distantes e que obteríamos pistas diretas sobre os processos pelos quais as galáxias se reúnem e crescem – posso ver riachos, caudas, conchas e halos de estrelas em seus arredores, restos de seus blocos de construção.”
O estudante de pós-graduação em astrofísica do terceiro ano, O’Brien, projetou algoritmos para medir a luz fraca entre as galáxias e as estrelas que primeiro chamam nossa atenção.
“A luz difusa que medi entre estrelas e galáxias tem significado cosmológico, codificando a história do universo”, disse O’Brien. “Sinto-me feliz por começar minha carreira agora — os dados do JWST são diferentes de tudo que já vimos e estou entusiasmado com as oportunidades e desafios que eles oferecem.”
“Espero que este campo seja monitorado durante a missão JWST, para revelar objetos que se movem, variam em brilho ou brilham brevemente, como explosão de supernovas distantes ou acúmulo de gás em torno de buracos negros em galáxias ativas”, disse Jansen.
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