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Olhando profundamente para o cosmos, o Telescópio Espacial James Webb da NASA está a dar aos cientistas o primeiro vislumbre detalhado de supernovas de uma época em que o nosso Universo tinha apenas uma pequena fracção da sua idade actual. Uma equipe usando dados do Webb identificou 10 vezes mais supernovas no universo primitivo do que se sabia anteriormente. Algumas das estrelas recém-descobertas em explosão são os exemplos mais distantes do seu tipo, incluindo aquelas usadas para medir a taxa de expansão do Universo.
“Webb é uma máquina de descoberta de supernovas”, disse Christa DeCoursey, estudante do terceiro ano do Observatório Steward e da Universidade do Arizona em Tucson. “O grande número de detecções mais as grandes distâncias a estas supernovas são os dois resultados mais entusiasmantes do nosso estudo.”
DeCoursey apresentou estas descobertas na 244ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em Madison, Wisconsin.
‘Uma máquina de descoberta de supernovas’
Para fazer essas descobertas, a equipe analisou dados de imagens obtidos como parte do programa JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Webb é ideal para encontrar supernovas extremamente distantes porque a sua luz é esticada em comprimentos de onda mais longos – um fenómeno conhecido como redshift cosmológico.
Antes do lançamento de Webb, apenas algumas supernovas tinham sido encontradas acima do desvio para o vermelho de 2, o que corresponde a quando o Universo tinha apenas 3,3 mil milhões de anos – apenas 25% da sua idade atual. A amostra JADES contém muitas supernovas que explodiram ainda mais no passado, quando o Universo tinha menos de 2 mil milhões de anos.
Anteriormente, os pesquisadores usaram o Telescópio Espacial Hubble da NASA para observar supernovas de quando o universo estava no estágio de “jovem adulto”. Com o JADES, os cientistas estão vendo supernovas quando o universo estava na “adolescência” ou “pré-adolescência”. No futuro, eles esperam olhar para trás, para a fase “infantil” ou “infantil” do universo.
Para descobrir as supernovas, a equipa comparou múltiplas imagens tiradas com um intervalo de um ano e procurou fontes que desapareceram ou apareceram nessas imagens. Esses objetos que variam no brilho observado ao longo do tempo são chamados de transientes, e as supernovas são um tipo de transiente. Ao todo, a equipe do JADES Transient Survey Sample descobriu cerca de 80 supernovas em um trecho do céu com apenas a espessura de um grão de arroz mantido à distância de um braço.
“Esta é realmente a nossa primeira amostra de como é o universo com alto desvio para o vermelho para a ciência transitória,” disse o colega de equipa Justin Pierel, Einstein Fellow da NASA no Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore, Maryland. “Estamos tentando identificar se as supernovas distantes são fundamentalmente diferentes ou muito parecidas com o que vemos no universo próximo.”
Pierel e outros pesquisadores do STScI forneceram análises especializadas para determinar quais transientes eram realmente supernovas e quais não eram, porque muitas vezes pareciam muito semelhantes.
A equipe identificou uma série de supernovas com alto desvio para o vermelho, incluindo a mais distante já confirmada espectroscopicamente, com um desvio para o vermelho de 3,6. A sua estrela progenitora explodiu quando o Universo tinha apenas 1,8 mil milhões de anos. É a chamada supernova de colapso do núcleo, uma explosão de uma estrela massiva.
Descobrindo supernovas distantes do tipo Ia
De particular interesse para os astrofísicos são as supernovas do Tipo Ia. Estas estrelas em explosão são tão previsivelmente brilhantes que são usadas para medir distâncias cósmicas distantes e ajudar os cientistas a calcular a taxa de expansão do Universo. A equipe identificou pelo menos uma supernova do Tipo Ia com um desvio para o vermelho de 2,9. A luz desta explosão começou a viajar até nós há 11,5 mil milhões de anos, quando o Universo tinha apenas 2,3 mil milhões de anos. O recorde anterior de distância para uma supernova Tipo Ia confirmada espectroscopicamente era um desvio para o vermelho de 1,95, quando o Universo tinha 3,4 mil milhões de anos.
Os cientistas estão ansiosos por analisar supernovas do Tipo Ia com desvios para o vermelho elevados para ver se todas têm o mesmo brilho intrínseco, independentemente da distância. Isto é extremamente importante, porque se o seu brilho variasse com o desvio para o vermelho, não seriam marcadores fiáveis para medir a taxa de expansão do Universo.
Pierel analisou esta supernova Tipo Ia encontrada no redshift 2,9 para determinar se o seu brilho intrínseco era diferente do esperado. Embora este seja apenas o primeiro objeto desse tipo, os resultados não indicam nenhuma evidência de que o brilho do Tipo Ia mude com o desvio para o vermelho. São necessários mais dados, mas, por enquanto, as teorias baseadas nas supernovas do Tipo Ia sobre a taxa de expansão do Universo e o seu destino final permanecem intactas. Pierel também apresentou suas descobertas na 244ª reunião da Sociedade Astronômica Americana.
Olhando para o futuro
O universo primitivo era um lugar muito diferente, com ambientes extremos. Os cientistas esperam ver supernovas antigas provenientes de estrelas que contêm muito menos elementos químicos pesados do que estrelas como o nosso Sol. A comparação destas supernovas com as do universo local ajudará os astrofísicos a compreender a formação de estrelas e os mecanismos de explosão de supernovas nestes tempos primitivos.
“Estamos essencialmente abrindo uma nova janela para o universo transitório”, disse Matthew Siebert, bolsista do STScI, que lidera a análise espectroscópica das supernovas JADES. “Historicamente, sempre que fizemos isso, encontramos coisas extremamente interessantes – coisas que não esperávamos”.
“Como Webb é tão sensível, encontra supernovas e outros transientes em quase todos os lugares para onde aponta”, disse Eiichi Egami, membro da equipa JADES e professor investigador da Universidade do Arizona, em Tucson. “Este é o primeiro passo significativo em direção a pesquisas mais extensas de supernovas com o Webb.”
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Webb está resolvendo mistérios em nosso sistema solar, olhando além, para mundos distantes em torno de outras estrelas, e investigando as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros, ESA (Agência Espacial Europeia) e CSA (Agência Espacial Canadense).
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