Quando o telescópio espacial James Webb da NASA iniciar as operações científicas em 2022, uma de suas primeiras tarefas será um programa ambicioso para mapear as estruturas mais antigas do universo. Chamado COSMOS-Webb, este amplo e profundo levantamento de meio milhão de galáxias é o maior projeto que Webb empreenderá durante seu primeiro ano.

Com mais de 200 horas de tempo de observação, O COSMOS-Webb fará o levantamento de um grande pedaço do céu - 0,6 graus quadrados - com a câmera infravermelha próxima (NIRCam). Esse é o tamanho de três luas cheias. Ele irá mapear simultaneamente uma área menor com o instrumento infravermelho médio (MIRI).

"É um grande pedaço de céu, que é bastante exclusivo do programa COSMOS-Webb. A maioria dos programas Webb está se aprofundando muito, como pesquisas de feixe de lápis que estudam pequenas partes do céu, "explicou Caitlin Casey, professor assistente da Universidade do Texas em Austin e codiretor do programa COSMOS-Webb. "Porque estamos cobrindo uma área tão grande, podemos observar estruturas em grande escala no início da formação da galáxia. Também procuraremos por algumas das galáxias mais raras que existiam no início, bem como mapear a distribuição de matéria escura em grande escala das galáxias até os primeiros tempos. "

(A matéria escura não absorve, refletir, ou emitem luz, portanto, não pode ser visto diretamente. Sabemos que a matéria escura existe devido ao efeito que tem sobre os objetos que podemos observar.)

COSMOS-Webb estudará meio milhão de galáxias com multibanda, alta resolução, imagem de infravermelho próximo, e 32 sem precedentes, 000 galáxias no infravermelho médio. Com sua rápida divulgação pública dos dados, esta pesquisa será um conjunto de dados legado primário da Webb para cientistas de todo o mundo que estudam galáxias além da Via Láctea.

Com base nas conquistas do Hubble

A pesquisa COSMOS começou em 2002 como um programa Hubble para criar imagens de um pedaço de céu muito maior, sobre a área de 10 luas cheias. De lá, a colaboração cresceu como uma bola de neve para incluir a maioria dos maiores telescópios do mundo na Terra e no espaço. Agora, o COSMOS é uma pesquisa de vários comprimentos de onda que cobre todo o espectro do raio-X ao rádio.

Por causa de sua localização no céu, o campo COSMOS está acessível a observatórios em todo o mundo. Localizado no equador celestial, pode ser estudado nos hemisférios norte e sul, resultando em um tesouro rico e diversificado de dados.

"O COSMOS se tornou a pesquisa que muitos cientistas extragaláticos fazem para realizar suas análises porque os produtos de dados estão amplamente disponíveis, e porque cobre uma área tão ampla do céu, "disse Jeyhan Kartaltepe do Rochester Institute of Technology, professor assistente de física e co-líder do programa COSMOS-Webb. "COSMOS-Webb é a próxima edição disso, onde estamos usando Webb para estender nossa cobertura na parte do infravermelho próximo e médio do espectro, e, portanto, expandindo nosso horizonte, a que distância podemos ver. "

O ambicioso COSMOS-Webb se baseará em descobertas anteriores para fazer avanços em três áreas específicas de estudo, incluindo:revolucionando nossa compreensão da Era da Reionização; procurando cedo, galáxias totalmente evoluídas; e aprender como a matéria escura evoluiu com o conteúdo estelar das galáxias.

Objetivo 1:Revolucionando nossa compreensão da era da reionização

Logo após o big bang, o universo estava completamente escuro. Estrelas e galáxias, que banham o cosmos de luz, ainda não havia se formado. Em vez de, o universo consistia em uma sopa primordial de átomos de hidrogênio e hélio neutros e matéria escura invisível. Isso é chamado de idade das trevas cósmicas.

Depois de várias centenas de milhões de anos, as primeiras estrelas e galáxias surgiram e forneceram energia para reionizar o universo primitivo. Esta energia destruiu os átomos de hidrogênio que enchiam o universo, dando-lhes uma carga elétrica e acabando com a idade das trevas cósmica. Esta nova era em que o universo foi inundado de luz é chamada de Era da Reionização.

O primeiro objetivo do COSMOS-Webb concentra-se nesta época de reionização, que aconteceu a partir de 400, 000 a 1 bilhão de anos após o big bang. A reionização provavelmente aconteceu em pequenos bolsos, Nem tudo de uma vez. O COSMOS-Webb procurará por bolhas mostrando onde os primeiros bolsões do universo primitivo foram reionizados. A equipe tem como objetivo mapear a escala dessas bolhas de reionização.

"O Hubble fez um ótimo trabalho em encontrar um punhado dessas galáxias até os primeiros tempos, mas precisamos de mais milhares de galáxias para entender o processo de reionização, "explicou Casey.

Os cientistas nem sabem que tipo de galáxias deu início à Era da Reionização, sejam sistemas muito massivos ou de massa relativamente baixa. O COSMOS-Webb terá a capacidade única de encontrar sistemas muito grandes, galáxias raras e veja como é sua distribuição em estruturas de grande escala. Então, são as galáxias responsáveis ​​pela reionização que vivem no equivalente a uma metrópole cósmica, ou eles estão distribuídos uniformemente no espaço? Apenas uma pesquisa do tamanho do COSMOS-Webb pode ajudar os cientistas a responder a isso.

Meta 2:procurando antecipadamente, galáxias totalmente evoluídas

COSMOS-Webb irá pesquisar muito cedo, galáxias totalmente evoluídas que interromperam o nascimento de estrelas nos primeiros 2 bilhões de anos após o big bang. O Hubble encontrou um punhado dessas galáxias, que desafiam os modelos existentes sobre como o universo se formou. Os cientistas lutam para explicar como essas galáxias podem ter estrelas velhas e não estar formando nenhuma estrela nova tão cedo na história do universo.

Com uma grande pesquisa como COSMOS-Webb, a equipe encontrará muitas dessas galáxias raras. Eles planejam estudos detalhados dessas galáxias para entender como elas podem ter evoluído tão rapidamente e desligado a formação de estrelas tão cedo.

Objetivo 3:aprender como a matéria escura evoluiu com o conteúdo estelar das galáxias

O COSMOS-Webb dará aos cientistas uma visão sobre como a matéria escura das galáxias evoluiu com o conteúdo estelar das galáxias ao longo da vida do universo.

Galáxias são feitas de dois tipos de matéria:normal, matéria luminosa que vemos nas estrelas e outros objetos, e matéria escura invisível, que geralmente é mais massiva do que a galáxia e pode envolvê-la em um halo estendido. Esses dois tipos de matéria estão interligados na formação e evolução da galáxia. Contudo, atualmente não há muito conhecimento sobre como a massa de matéria escura nos halos das galáxias se formou, e como essa matéria escura impacta a formação das galáxias.

O COSMOS-Webb lançará luz sobre esse processo, permitindo aos cientistas medir diretamente esses halos de matéria escura por meio de "lentes fracas". A gravidade de qualquer tipo de massa - seja escura ou luminosa - pode servir como uma lente para "dobrar" a luz que vemos de galáxias mais distantes. Lentes fracas distorcem a forma aparente das galáxias de fundo, então, quando um halo está localizado na frente de outras galáxias, os cientistas podem medir diretamente a massa da matéria escura do halo.

"Pela primeira vez, seremos capazes de medir a relação entre a massa de matéria escura e a massa luminosa das galáxias desde os primeiros 2 bilhões de anos do tempo cósmico, "disse o membro da equipe Anton Koekemoer, um astrônomo pesquisador do Space Telescope Science Institute em Baltimore, que ajudou a desenhar a estratégia de observação do programa e é responsável pela construção de todas as imagens do programa. "Essa é uma época crucial para tentarmos entender como a massa das galáxias foi estabelecida pela primeira vez, e como isso é impulsionado pelos halos de matéria escura. E isso pode, então, alimentar indiretamente nossa compreensão da formação de galáxias. "

Compartilhando dados rapidamente com a comunidade

COSMOS-Webb é um programa de Tesouraria, que, por definição, é projetado para criar conjuntos de dados de valor científico duradouro. Os Programas de Tesouraria se esforçam para resolver vários problemas científicos com um único, conjunto de dados coerente. Os dados obtidos no âmbito de um Programa de Tesouraria geralmente não têm período de acesso exclusivo, permitindo a análise imediata por outros pesquisadores.

"Como um Programa de Tesouraria, você está se comprometendo a liberar rapidamente seus dados e seus produtos de dados para a comunidade, "explicou Kartaltepe." Vamos produzir este recurso da comunidade e torná-lo disponível publicamente para que o resto da comunidade possa usá-lo em suas análises científicas. "

Koekemoer adicionou, "Um Programa do Tesouro se compromete a disponibilizar publicamente todos esses produtos científicos para que todos na comunidade, mesmo em instituições muito pequenas, pode ter o mesmo, acesso igual aos produtos de dados e depois apenas fazer a ciência. "

COSMOS-Webb é um programa Cycle 1 General Observers. Os programas de Observadores Gerais foram selecionados competitivamente usando um sistema de revisão anônimo duplo, o mesmo sistema que é usado para alocar tempo no Hubble.

O Telescópio Espacial James Webb será o principal observatório de ciências espaciais do mundo quando for lançado em 2021. Webb resolverá mistérios em nosso sistema solar, olhe além, para mundos distantes ao redor de outras estrelas, e sondar as misteriosas estruturas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, ESA (Agência Espacial Europeia) e Agência Espacial Canadiana.