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Usando o Telescópio Espacial James Webb para olhar para trás no tempo no início do universo, os astrônomos descobriram uma surpresa: um aglomerado de galáxias se fundindo em torno de um raro quasar vermelho dentro de um enorme buraco negro. As descobertas da Universidade Johns Hopkins e de uma equipe internacional oferecem uma oportunidade sem precedentes para observar como há bilhões de anos as galáxias se fundiram no universo moderno.
“Achamos que algo dramático está prestes a acontecer nesses sistemas”, disse o coautor Andrey Vayner, pós-doutorado da Johns Hopkins que estuda a evolução das galáxias. “A galáxia está neste momento perfeito em sua vida, prestes a se transformar e parecer totalmente diferente em alguns bilhões de anos.”
O trabalho está no prelo em Cartas de jornais astrofísicos e disponível hoje no repositório de papel arXiv.
O Telescópio Espacial James Webb, lançado em dezembro passado pela NASA, a Agência Espacial Européia e a Agência Espacial Canadense, é o maior e mais poderoso telescópio já enviado ao espaço. Suas observações gerais iniciais foram reveladas em julho, mas essas imagens de quasar são um dos apenas 13 projetos de “visualização inicial” selecionados por meio de uma competição global altamente competitiva para decidir para onde o telescópio está apontado durante seus primeiros meses de operação.
Em Baltimore, a equipe da Johns Hopkins ouviu que seu alvo escolhido seria observado poucos dias após a revelação do presidente Biden das fotos de estreia do Webb em 11 de julho, então ficou perto de seus computadores. Naquele sábado de verão seguinte, Vayner e o estudante de pós-graduação Yuzo Ishikawa estavam atualizando repetidamente o banco de dados Webb quando de repente os dados chegaram, levando a uma reunião de equipe multinacional montada às pressas no domingo para tentar entender as imagens brutas detalhadas de cair o queixo.
Embora observações anteriores desta área pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e o instrumento Espectrômetro de Campo Integral de Infravermelho Próximo no telescópio Gemini-Norte tenham identificado o quasar e sugerido a possibilidade de uma galáxia em transição, ninguém suspeitava disso com as imagens nítidas de Webb eles veriam várias galáxias, pelo menos três, girando na região.
“Com imagens anteriores, pensamos ter visto indícios de que a galáxia estava possivelmente interagindo com outras galáxias no caminho da fusão porque suas formas se distorcem no processo e pensamos que talvez tenhamos visto isso”, disse a co-investigadora principal Nadia L. Zakamska, um astrofísico da Johns Hopkins que ajudou a conceber o projeto em 2017 com a então pós-doutoranda da Johns Hopkins Dominika Wylezalek, que agora é a líder do grupo na Universidade de Heidelberg. “Mas depois que pegamos os dados do Webb, eu fiquei tipo, ‘Eu não tenho ideia do que estamos vendo aqui, o que é tudo isso!’ Passamos várias semanas apenas olhando e olhando para essas imagens.”
O Webb revelou pelo menos três galáxias se movendo incrivelmente rápido, sugerindo que uma grande quantidade de massa está presente. A equipe acredita que esta pode ser uma das áreas mais densas conhecidas de formação de galáxias no início do universo.
Como a luz leva tempo para chegar até nós, quando olhamos para objetos como este em regiões muito distantes do universo, estamos vendo luz que foi emitida há cerca de 11,5 bilhões de anos, ou desde os primeiros estágios da evolução do universo. Enxames de galáxias massivos como este provavelmente eram comuns na época, disse Zakamska.
“É super emocionante ser uma das primeiras pessoas a ver esse objeto muito legal”, disse Ishikawa, que contribuiu para a interpretação do enxame de galáxias.
Até mesmo Vayner, que sonhava em usar dados do Webb desde que ouviu falar do telescópio pela primeira vez na graduação, há mais de uma década, e achava que sabia o que esperar, ficou chocado ao ver seu local há muito estudado no universo revelado com tal clareza.
“Isso realmente transformará nossa compreensão desse objeto”, disse Vayner, que foi fundamental na adaptação dos dados brutos do Webb para análise científica.
O quasar incrivelmente brilhante, alimentado pelo que Zakamska chama de buraco negro “monstro” no centro do redemoinho galáctico, é um raro quasar “extremamente vermelho”, com cerca de 11,5 bilhões de anos e um dos mais poderosos já vistos a essa distância. É essencialmente um buraco negro em formação, disse Vayner, comendo o gás ao seu redor e crescendo em massa. As nuvens de poeira e gás entre a Terra e o gás brilhante perto do buraco negro fazem o quasar parecer vermelho.
A equipe já está trabalhando em observações de acompanhamento desse inesperado aglomerado de galáxias, na esperança de entender melhor como os aglomerados de galáxias caóticos e densos se formam e como ele é afetado pelo buraco negro supermassivo em seu coração.
“O que você vê aqui é apenas um pequeno subconjunto do que está no conjunto de dados”, disse Zakamska. “Há muita coisa acontecendo aqui, então primeiro destacamos o que realmente é a maior surpresa. Cada bolha aqui é uma galáxia bebê se fundindo com esta galáxia mãe e as cores são velocidades diferentes e a coisa toda está se movendo de uma maneira extremamente complicada. agora pode começar a desembaraçar os movimentos.”
Outros autores incluem: Wylezalek, Caroline Bertemes, Weizhe Liu, Jorge K. Barrera-Ballesteros, Hsiao-Wen Chen, Andy D. Goulding, Jenny E. Greene, Kevin N. Hainline, Nora Lutzgendorf, Fred Hamann, Timothy Heckman, Sean D Johnson, Dieter Lutz, Vincenzo Mainieri, Roberto Maiolino, Nicole PH Nesvadba, Patrick Ogle e Eckhard Sturm.
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