Astrônomos e engenheiros desenvolveram telescópios, em parte, ser "viajantes do tempo". Quanto mais longe um objeto está, quanto mais tempo sua luz leva para chegar à Terra. Olhar para trás no tempo é uma das razões pelas quais o telescópio espacial James Webb da NASA se especializou em coletar luz infravermelha:esses comprimentos de onda mais longos, que foram inicialmente emitidos por estrelas e galáxias como luz ultravioleta há mais de 13 bilhões de anos, esticou, ou redshifted, em luz infravermelha enquanto viajavam em nossa direção através do universo em expansão.

Embora muitos outros observatórios, incluindo o telescópio espacial Hubble da NASA, criaram anteriormente "campos profundos" olhando para pequenas áreas do céu por períodos significativos de tempo, a pesquisa Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), liderado por Steven L. Finkelstein da Universidade do Texas em Austin, será o primeiro para Webb. Ele e sua equipe de pesquisa passarão pouco mais de 60 horas apontando o telescópio para um pedaço do céu conhecido como Extended Groth Strip, que foi observada como parte da Pesquisa de Legado Extragaláctico Profundo do Conjunto Cósmico Próximo do infravermelho do Hubble ou CANDELS.

"Com Webb, queremos fazer o primeiro reconhecimento de galáxias ainda mais perto do big bang, "Finkelstein disse." É absolutamente impossível fazer essa pesquisa com qualquer outro telescópio. Webb é capaz de fazer coisas notáveis ​​em comprimentos de onda que eram difíceis de observar no passado, no solo ou no espaço. "

Mark Dickinson, do National Science Foundation's Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory, no Arizona, e um dos co-investigadores da Pesquisa CEERS, dá um aceno de cabeça para Hubble enquanto também aguarda as observações de Webb. "Pesquisas como o Hubble Deep Field nos permitiram mapear a história da formação de estrelas cósmicas em galáxias dentro de meio bilhão de anos após o big bang até o presente com detalhes surpreendentes, "disse ele." Com o CEERS, Webb vai olhar ainda mais longe para adicionar novos dados a essas pesquisas. "

Entregando o Invisível

Como era o universo primitivo? Certamente existem muitos pontos de dados, mas não o suficiente para criar um censo exaustivo de suas condições. Mais, o conhecimento e as suposições dos pesquisadores são atualizados com frequência - cada vez que uma nova exposição profunda é lançada. "Cada vez que olhamos mais longe, encontramos galáxias cada vez mais cedo do que pensávamos ser possível. As condições no início do universo tinham que ser adequadas para que as galáxias se formassem - e elas se formaram e se tornaram massivas muito rapidamente, "disse o co-investigador do CEERS Survey, Jeyhan Kartaltepe, do Rochester Institute of Technology, em Nova York.

"O universo era mais compacto nesta época, o que significa que estrelas e galáxias poderiam ter se formado com maior eficiência, "Finkelstein acrescentou." Alguns modelos prevêem que encontraremos 50 galáxias em eras anteriores, mais distantes do que o Hubble pode alcançar, mas outros prevêem que encontraremos apenas alguns. Em ambos os casos, os dados nos ajudarão a restringir a formação de galáxias no início do universo. "

A equipe de pesquisa CEERS espera identificar uma abundância de objetos distantes, incluindo as galáxias mais distantes do universo, primeiras fusões e interações de galáxias, os primeiros buracos negros massivos ou supermassivos, e quasares ainda mais antigos do que os identificados anteriormente. Esses "primeiros" potenciais são apenas o começo do valor desta pesquisa:A equipe, que é composta por mais de 100 pesquisadores de todo o mundo, irá classificar muitos objetos no campo. "Esses dados ajudarão a demonstrar como era a estrutura do universo em vários períodos, "Finkelstein explicou.

Batendo "Rewind"

Talvez o elemento mais empolgante dessa pesquisa seja como a equipe usará os dados para descobrir novas descobertas sobre um período importante da história do universo chamado de "Era da Reionização". O big bang desencadeou uma série de eventos, levando à radiação cósmica de fundo, a idade das trevas, as primeiras estrelas e galáxias - e depois para a Era da Reionização. Durante este período, o gás no universo se transformou de quase neutro, o que significa que era opaco à luz ultravioleta, e ficou completamente ionizado, o que permitiu que fosse transparente. Ionização significa que os átomos foram despojados de seus elétrons - levando às condições "claras" detectadas em grande parte do universo hoje.

Muitas perguntas permanecem sobre este momento único em nosso universo. Por exemplo, o que foi responsável por converter o gás neutro em ionizado? E quanto tempo demorou para que o universo se tornasse significativamente menos opaco e muito mais transparente?

"Achamos que isso aconteceu quando a luz ultravioleta escapou jovem, formando galáxias, "Dickinson explicou." Pode haver outros fatores. Por exemplo, os primeiros buracos negros que se acumulam também podem ter emitido luz ultravioleta que, eventualmente, ajudou a transformar o gás. "

Onde as galáxias aparecem no céu oferece outra pista. "Vamos examinar as galáxias da era da reionização para ver se elas estão agrupadas nas mesmas regiões ou se estão mais isoladas, "disse Kartaltepe." Temos muitas ideias sobre o que faz as galáxias crescerem e se tornarem mais massivas, mas precisamos de informações mais abrangentes sobre essas galáxias para entender completamente como elas cresceram e evoluíram inicialmente. "

A presença de fusões ou interações galácticas - ou a falta delas - também ajudará a equipe a rastrear as condições do ambiente durante a Era da Reionização. “A Pesquisa CEERS nos dará dicas de como esse período transcorreu, "Dickinson acrescenta." Certamente aprenderemos sobre as galáxias que pensamos serem responsáveis, e também espero aprender sobre a radiação ionizante que escapou deles. "

A equipe elaborou a Pesquisa CEERS para fornecer tantos dados complementares quanto possível para muitos alvos neste campo de visão. Eles vão empregar três dos instrumentos de Webb, em vários modos, para obter imagens da Extended Groth Strip, além de espectros. Os espectros são dados valiosos, pois ajudam os pesquisadores a identificar as cores, temperaturas, movimentos, e massas de cada alvo, e fornecem uma visão muito mais aprofundada da composição química de objetos distantes.

"Essa é a diferença com o espectrógrafo de infravermelho próximo de Webb, ou NIRSpec, "Dickinson enfatizou." Vamos abrir as fendas do microshutter do espectrógrafo para observar individualmente centenas de galáxias e obter seus espectros pela primeira vez. "

Começando a construir um censo

Nos meses seguintes ao lançamento inicial dos dados, os pesquisadores do CEERS Survey criarão e publicarão novas ferramentas e catálogos que qualquer pesquisador pode usar para analisar os dados, incluindo massas de galáxias, formas de galáxias, e redshifts fotométricos. "Com o mesmo conjunto de observações, centenas de pesquisadores podem realizar centenas de experimentos científicos, "Kartaltepe disse." Também vamos encontrar coisas que nem sequer pensamos em perguntar, que é mais uma razão pela qual a pesquisa CEERS Survey será tão gratificante. Nossa esperança é que a pesquisa CEERS influencie pesquisas futuras de galáxias distantes com Webb, "Finkelstein acrescentou." Isso também demonstrará à comunidade que observar com uma variedade de instrumentos e modos são maneiras muito válidas de aumentar o rendimento científico de Webb. "