O Telescópio Espacial James Webb potencialmente quebrou novamente um de seus próprios recordes – se os cientistas estiverem corretos, esta espaçonave pioneira pode ter vislumbrado as primeiras galáxias do universo.
As cinco galáxias candidatas estão localizadas tão distantes que a mais distante é vista apenas 200 milhões de anos depois da Big Bang. Assim, a luz destas galáxias tem viajado para a Terra há cerca de 13,6 mil milhões de anos. Por causa do expansão do universoestas galáxias deverão estar agora a uns espantosos 34 mil milhões de anos-luz de distância. No entanto, para ficar claro, nada disso ainda está confirmado.
Antes desta descoberta, feita como parte do Telescópio Espacial James Webb (JWST) Projeto Galactic Legacy Infrared Midplane Survey Extraordinaire (GLIMPSE), a galáxia mais distante observada pelo poderoso telescópio espacial foi JADES-GS-z14-0. Aquele foi visto como era quando o universo tinha cerca de 280 milhões de anos.
Estas novas galáxias serão oficialmente nomeadas quando forem confirmadas, mas provavelmente todas terão o prefixo “GLIMPSE” em referência à pesquisa que as descobriu. Estas poderiam ser potencialmente as primeiras galáxias possíveis de existir, de acordo com os nossos modelos atuais de evolução do universo.
“Continua a ser um grande desafio estimar a idade exata destas galáxias e determinar quando se formaram, mas estamos certamente a aproximar-nos da primeira geração de galáxias porque nos restam apenas cerca de 150 milhões de anos para formar estas galáxias”, disse Hakim, membro da equipa de descoberta. Atek, pesquisador do Instituto de Astrofísica de Paris, disse ao Space.com. “Com tão pouco tempo disponível, não há muitas maneiras de formar galáxias.
“No final, estas observações irão impor restrições rígidas aos processos físicos que são permitidos nos nossos modelos do Universo.”
Vendo o vermelho com a ajuda de Einstein
As primeiras galáxias, como estas cinco novas candidatas, são descritas como “alto desvio para o vermelho“ou galáxias de “alto z”. Isso ocorre porque a expansão do universo faz com que os comprimentos de onda da luz que essas galáxias emitem sejam esticados à medida que os comprimentos de onda viajam até nós. À medida que comprimentos de onda mais longos (mais esticados) são encontrados na “extremidade vermelha” do espectro eletromagnético, este processo é descrito como redshift.
Quanto mais tempo a luz leva para chegar até nós, mais extremo é o desvio para o vermelho que ela sofre. A quantidade de desvio para o vermelho que uma galáxia experimentou é denotada como “z” seguido por um sinal de igual e, em seguida, um número sem unidade.
De acordo com o Observatório Las Cumbres, um desvio para o vermelho de z = 0,10 corresponde à luz que viaja para a Terra há 1,3 mil milhões de anos e está agora a 1,3 mil milhões de anos-luz de distância. Um desvio para o vermelho de z = 1 corresponde à luz que viajou 7,7 mil milhões de anos e, como resultado da expansão do Universo, está agora a 10,1 mil milhões de anos-luz de distância. Um desvio para o vermelho de 10 corresponde a um corpo emissor a cerca de 26,6 mil milhões de anos-luz de distância de nós, com luz que viajou durante 13,2 mil milhões de anos.
O JWST agora está descobrindo rotineiramente galáxias com desvios para o vermelho entre z = 10 e z = 14. Como mencionado acima, os primeiros confirmado galáxia, JADES-GS-z14-0, tem um desvio para o vermelho de z = 14,2. Estas cinco novas galáxias potenciais, no entanto, têm desvios para o vermelho de z = 16 a z = 18.
O líder da equipe, Vasily Kokorev, da Universidade do Texas, explicou ao Space.com que encontrar essas galáxias continua a tendência do JWST de descobrir mais galáxias de alta luminosidade densamente agrupadas no universo primitivo em altos redshifts ou “alto z” do que era esperado antes do preço de US$ 10. bilhões de telescópios começaram enviando dados de volta à Terra no verão de 2022.
“Encontrar tantas galáxias em alto z no mesmo campo significa que suas densidades numéricas são maiores do que esperávamos”, disse Kokorev. “Os objetos que encontramos também se enquadram consistentemente no novo paradigma de superabundância de galáxias brilhantes em alto z. Estas são também potencialmente algumas das galáxias mais jovens que vimos até agora.”
A descoberta destas cinco galáxias candidatas foi possível porque as observações do GLIMPSE são as mais profundas alguma vez obtidas no céu. Os resultados, os primeiros do projeto GLIMPSE, também tiveram a ajuda do aglomerado de galáxias Abell S1063, localizado a cerca de 4 bilhões de anos-luz de distância. Esse cluster foi capaz de ajudar graças a um fenômeno previsto pela primeira vez por Albert Einstein em 1915 chamada de “lente gravitacional”.
Em 1915, Einstein postulou sua teoria da gravidade, conhecida como “relatividade geral.” Esta teoria sugere que a gravidade surge de objetos com massa curvando a estrutura do espaço e do tempo (unidos como uma entidade quadridimensional chamada “espaço-tempo”). Quanto mais massa um objeto tiver, maior será o “dente” no espaço-tempo que ele cria , e portanto maior será sua influência gravitacional.
Quando a luz de um objeto passa por uma curvatura extrema do espaço-tempo causada por algo verdadeiramente massivo a caminho dos nossos detectores baseados na Terra, como um aglomerado de galáxias, o seu caminho também é curvo. Quanto mais perto deste corpo de lente a luz passa, mais extrema é a sua curvatura. Isso significa que, ao percorrer caminhos diferentes em torno de uma lente gravitacional, as cinco galáxias GLIMPSE podem chegar em momentos diferentes a um telescópio como o JWST, que fica no nosso canto do cosmos.
Este efeito é chamado de lente gravitacional porque pode ampliar a aparência do objeto de fundo. O JWST tem usado este fenômeno com grande efeito para detectar galáxias primitivas distantes que seriam muito fracas para serem vistas sem lentes gravitacionais. Neste caso, o aglomerado Abel S1063 foi a lente gravitacional usada pela equipe GLIMPSE.
Mesmo com o telescópio espacial mais poderoso alguma vez construído e com um fenómeno cósmico poderoso, estas galáxias ainda eram demasiado ténues para serem vistas com detalhes suficientes para identificar as suas características.
“Para realmente aprofundar a sua natureza seriam necessários espectros. Neste momento, sabemos que estes objetos são intrinsecamente bastante ténues, especialmente em comparação com as descobertas mais recentes do JWST em alto z,” disse Kokorev. “Esta fraqueza, combinada com quantas descobrimos num volume tão pequeno, pode ter algumas implicações interessantes sobre o surgimento das primeiras galáxias no Universo.”
Para Atek, um dos aspectos mais fascinantes da descoberta é que estas galáxias evoluirão para se tornarem semelhantes às galáxias invulgarmente brilhantes que o JWST vislumbrou quando o cosmos tinha entre 300 e 400 milhões de anos de idade.
Quanto à possibilidade de o JWST descobrir galáxias ainda anteriores a estas cinco candidatas, Atek não está confiante de que isso seja possível.
“O JWST tem potencial para descobrir galáxias ainda mais antigas, mas isso dependerá do seu número, densidade e luminosidade, que estão ligados à forma como a formação inicial das galáxias se desenrolou”, continuou Atek. “Estamos entrando em um território completamente desconhecido e não podemos saber com certeza o que encontraremos. Espera-se que muitas dessas fontes sejam tão fracas que a confirmação espectroscópica, mesmo com o JWST, será extremamente desafiadora ou inviável.”
Mesmo que existissem galáxias anteriores no universo infantil para serem descobertas, é possível que mesmo um instrumento tão poderoso como o JWST — usando uma ferramenta tão magnífica como as lentes gravitacionais — não seja capaz de as detectar.
Kokorev apontou que a detecção de galáxias mais antigas e mais fracas poderia levar 450 horas de tempo de observação com o JWST (o projeto GLIMPSE teve apenas 150 horas), e o pesquisador acha que não é muito provável que isso aconteça tão cedo.
“Então, em teoria, sim, ainda é possível encontrar galáxias ainda mais antigas e distantes; no entanto, estas seriam ainda mais ténues e mais pequenas, tornando-as extremamente difíceis de detetar,” Kokorev. “O programa GLIMPSE já levou o telescópio ao seu limite.”
Apesar disso, há, sem dúvida, resultados ainda mais entusiasmantes a serem alcançados pelo GLIMPSE.
“Este é o primeiro artigo de muitos outros que virão, por isso fique atento para mais informações científicas do GLIMPSE”, concluiu Kokorev. “Estamos muito entusiasmados com os dados e com toda a ciência interessante que eles irão fornecer!”
A pesquisa da equipe é publicada em formato pré-impresso no repositório de artigos arXiv.
