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Nos últimos dois anos, os cientistas usaram o Telescópio Espacial James Webb da NASA (também chamado de Webb ou JWST) para explorar o que os astrônomos chamam de Aurora Cósmica – o período nas primeiras centenas de milhões de anos após o big bang, onde as primeiras galáxias foram nascer. Estas galáxias fornecem informações vitais sobre as formas como o gás, as estrelas e os buracos negros mudavam quando o Universo era muito jovem. Em outubro de 2023 e janeiro de 2024, uma equipe internacional de astrônomos usou o Webb para observar galáxias como parte do programa JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Usando o NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) de Webb, eles obtiveram o espectro de uma galáxia recorde observada apenas duzentos e noventa milhões de anos após o big bang. Isto corresponde a um desvio para o vermelho de cerca de 14, que é uma medida de quanto a luz de uma galáxia é esticada pela expansão do universo. Stefano Carniani da Scuola Normale Superiore em Pisa, Itália, e Kevin Hainline da Universidade do Arizona em Tucson, Arizona, foram convidados a contar mais sobre como esta fonte foi encontrada e o que as suas propriedades únicas nos dizem sobre a formação de galáxias.
“Os instrumentos do Webb foram projetados para encontrar e compreender as primeiras galáxias, e no primeiro ano de observações como parte do JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), encontramos muitas centenas de galáxias candidatas dos primeiros 650 milhões de anos após o Big Bang No início de 2023, descobrimos uma galáxia em nossos dados que tinha fortes evidências de estar acima de um desvio para o vermelho de 14, o que foi muito emocionante, mas havia algumas propriedades da fonte que nos deixaram cautelosos. o que não esperaríamos para uma galáxia tão distante, e estava muito perto de outra galáxia, de modo que as duas pareciam fazer parte de um objeto maior. Quando observamos a fonte novamente em outubro de 2023 como parte do Campo de Origens JADES, novos dados de imagem obtidos com os filtros NIRCam (Near-Infrared Camera) mais estreitos de Webb apontavam ainda mais para a hipótese do alto desvio para o vermelho. Sabíamos que precisávamos de um espectro, pois tudo o que aprenderíamos seria de imensa importância científica, seja como um novo marco. A investigação de Webb sobre o universo primitivo ou como um excêntrico confuso de uma galáxia de meia-idade.
“Em janeiro de 2024, o NIRSpec observou esta galáxia, JADES-GS-z14-0, durante quase dez horas, e quando o espectro foi processado pela primeira vez, havia evidências inequívocas de que a galáxia estava de fato com um desvio para o vermelho de 14,32, quebrando o anterior mais -registro de galáxia distante (z = 13,2 de JADES-GS-z13-0). Ver este espectro foi incrivelmente emocionante para toda a equipe, dado o mistério que cerca a fonte. O aspecto mais importante do JADES-GS-z14-0 foi que, a esta distância, sabemos que esta galáxia deve estar intrinsecamente muito luminoso. A partir das imagens, descobriu-se que a fonte tem mais de 1.600 anos-luz de diâmetro, provando que a luz que vemos vem principalmente de estrelas jovens e não de emissões perto de um buraco negro supermassivo em crescimento. Esta quantidade de luz estelar implica que a galáxia tem centenas de milhões de vezes a massa do Sol! Isto levanta a questão: como pode a natureza criar uma galáxia tão brilhante, massiva e grande em menos de 300 milhões de anos?
“Os dados revelam outros aspectos importantes desta galáxia surpreendente. Vemos que a cor da galáxia não é tão azul quanto poderia ser, indicando que parte da luz é avermelhada pela poeira, mesmo nestes tempos muito antigos. Helton do Observatório Steward e da Universidade do Arizona também identificaram que JADES-GS-z14-0 foi detectado em comprimentos de onda mais longos com o MIRI (Instrumento de Infravermelho Médio) de Webb, uma conquista notável considerando sua distância. emitidos na faixa de luz visível, que são deslocados para o vermelho fora do alcance dos instrumentos de infravermelho próximo de Webb. A análise de Jake indica que o brilho da fonte implícito na observação do MIRI está acima do que seria extrapolado das medições pelos outros instrumentos de Webb, indicando a presença de forte emissão de gás ionizado na galáxia na forma de linhas de emissão brilhantes de hidrogênio e oxigênio. A presença de oxigênio tão cedo na vida desta galáxia é uma surpresa e sugere que múltiplas gerações de estrelas muito massivas já viveram. suas vidas antes de observarmos a galáxia.
“Todas essas observações, juntas, nos dizem que JADES-GS-z14-0 não é como os tipos de galáxias que foram previstos por modelos teóricos e simulações de computador como existindo no universo primitivo. Dado o brilho observado da fonte , podemos prever como ela poderá crescer ao longo do tempo cósmico e, até agora, não encontramos nenhum análogo adequado nas centenas de outras galáxias que observamos com alto desvio para o vermelho em nossa pesquisa. para encontrar JADES-GS-z14-0, sua descoberta tem implicações profundas para o número previsto de galáxias brilhantes que vemos no universo primitivo, conforme discutido em outro estudo simultâneo de JADES (Robertson et al., recentemente aceito). É provável que os astrónomos encontrem muitas dessas galáxias luminosas, possivelmente em épocas ainda anteriores, durante a próxima década com Webb. Estamos entusiasmados em ver a extraordinária diversidade de galáxias que existiam no Cosmic Dawn!”
Estas observações espectroscópicas foram feitas como parte do programa 1287 de Observações de Tempo Garantido (GTO), e as do MIRI como parte do programa GTO 1180.
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