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O Telescópio Espacial James Webb da NASA descobriu a galáxia mais remota conhecida até o momento. Durante os últimos dois anos, cientistas utilizaram o Webb para explorar o que os astrônomos chamam de “Aurora Cósmica” – o período nos primeiros poucos cem milhões de anos após o Big Bang, quando as primeiras galáxias nasceram. Essas galáxias fornecem informações vitais sobre como o gás, as estrelas e os buracos negros estavam mudando 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 do Webb (Espectrógrafo de Infravermelho Próximo), eles obtiveram o espectro de uma galáxia que foi observada apenas duzentos e noventa milhões de anos após o Big Bang.
Isso 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 para falar mais sobre como essa fonte foi encontrada e o que suas propriedades únicas nos dizem sobre a formação de galáxias. “Os instrumentos do Webb foram projetados para encontrar e entender as galáxias mais antigas, 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.
A fonte era surpreendentemente brilhante, o que não esperávamos para uma galáxia tão distante, e estava muito perto de outra galáxia, de modo que as duas pareciam ser parte de um único objeto maior. Quando observamos a fonte novamente em outubro de 2023 como parte do JADES Origins Field, novos dados de imagem obtidos com os filtros mais estreitos do NIRCam do Webb (Câmera de Infravermelho Próximo) apontaram ainda mais para a hipótese de alto desvio para o vermelho. Sabíamos que precisávamos de um espectro, pois o que quer que aprendêssemos seria de imensa importância científica, seja como um novo marco na investigação do Webb sobre o universo primordial ou como uma galáxia incomum e confusa de idade média. “Em janeiro de 2024, o NIRSpec observou esta galáxia, JADES-GS-z14-0, por quase dez horas, e quando o espectro foi processado pela primeira vez, havia evidências inequívocas de que a galáxia estava de fato em um desvio para o vermelho de 14,32, quebrando o recorde anterior de galáxia mais distante (z = 13,2 de JADES-GS-z13-0).
Ver este espectro foi incrivelmente emocionante para toda a equipe, dada a mistério em torno da fonte. Esta descoberta não foi apenas um novo recorde de distância para nossa equipe; o aspecto mais importante de JADES-GS-z14-0 foi que, a essa distância, sabemos que esta galáxia deve ser intrinsecamente muito luminosa. Das imagens, a fonte é encontrada com mais de 1.600 anos-luz de largura, provando que a luz que vemos está vindo principalmente de estrelas jovens e não de emissões próximas a um buraco negro supermassivo em crescimento. Esta quantidade de luz estelar implica que a galáxia é várias centenas de milhões de vezes a massa do Sol! Isso levanta a questão: Como a natureza pode fazer 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 está avermelhada pelo pó, mesmo nestes tempos muito antigos.
O pesquisador do JADES, Jake Helton, do Observatório Steward e da Universidade do Arizona, também identificou que JADES-GS-z14-0 foi detectado em comprimentos de onda mais longos com o MIRI do Webb (Instrumento de Infravermelho Médio), uma realização notável considerando sua distância. A observação do MIRI cobre comprimentos de onda de luz que foram emitidos na faixa de luz visível, que são deslocados para o vermelho fora do alcance dos instrumentos de infravermelho próximo do Webb. A análise de Jake indica que o brilho da fonte implicado pela observação do MIRI está acima do que seria extrapolado das medições pelos outros instrumentos do 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 várias gerações de estrelas muito massivas já haviam vivido 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 computacionais para existir no universo muito primordial. Dado o brilho observado da fonte, podemos prever como ela pode crescer ao longo do tempo cósmico, e até agora não encontramos nenhum análogo adequado entre as centenas de outras galáxias que observamos em alto desvio para o vermelho em nossa pesquisa. Dado a região relativamente pequena do céu que pesquisamos para encontrar JADES-GS-z14-0, sua descoberta tem implicações profundas para o número previsto de galáxias brilhantes que observamos no universo primitivo, conforme discutido em outro estudo JADES simultâneo (Robertson et al., aceito recentemente).