Por décadas, os telescópios nos ajudaram a capturar a luz de galáxias que se formaram até 400 milhões de anos após o big bang – incrivelmente cedo no contexto da história de 13,8 bilhões de anos do universo. Mas o que eram galáxias assim ainda antes, quando o universo era semitransparente no início de um período conhecido como Era da Reionização? O próximo observatório principal da NASA, o Telescópio Espacial James Webb, está pronto para adicionar novas riquezas ao nosso conhecimento, não apenas capturando imagens de galáxias que existiam já nas primeiras centenas de milhões de anos após o big bang, mas também nos dando dados detalhados conhecidos como espectros. Com as observações de Webb, os pesquisadores poderão nos contar pela primeira vez sobre a composição e composição de galáxias individuais no universo primitivo.
A Pesquisa Pública Exploratória Profunda Extragaláctica da Próxima Geração (NGDEEP), co-liderada por Steven L. Finkelstein, professor associado da Universidade do Texas em Austin, terá como alvo as mesmas duas regiões que compõem o Hubble Ultra Deep Field - locais no constelação de Fornax, onde o Hubble passou mais de 11 dias fazendo exposições profundas. Para produzir suas observações, o Telescópio Espacial Hubble mirou áreas próximas do céu simultaneamente com dois instrumentos – ligeiramente deslocados um do outro – conhecidos como campo primário e paralelo. "Temos a mesma vantagem com Webb", explicou Finkelstein. "Estamos usando dois instrumentos científicos ao mesmo tempo, e eles observarão continuamente." Eles apontarão o Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) do Webb no Hubble Ultra Deep Field primário e a Near-Infrared Camera (NIRCam) do Webb no campo paralelo, obtendo o dobro do tempo do telescópio.

Para a imagem com NIRCam, eles observarão por mais de 125 horas. A cada minuto que passa, eles obterão mais e mais informações das profundezas do universo. O que eles procuram? Algumas das primeiras galáxias que se formaram. "Temos indicações muito boas do Hubble de que existem galáxias no local 400 milhões de anos após o big bang", disse Finkelstein. "As que vemos com o Hubble são muito grandes e muito brilhantes. É muito provável que existam galáxias menores e mais fracas que se formaram ainda mais cedo e que estão esperando para serem encontradas."

Este programa usará apenas cerca de um terço do tempo que o Hubble gastou até agora em investigações semelhantes. Por quê? Em parte, isso ocorre porque os instrumentos de Webb foram projetados para capturar luz infravermelha. À medida que a luz viaja através do espaço em nossa direção, ela se estende em comprimentos de onda mais longos e mais vermelhos devido à expansão do universo. “O Webb nos ajudará a ultrapassar todos os limites”, disse Jennifer Lotz, coinvestigadora da proposta e diretora do Observatório Gemini, parte do NOIRLab da National Science Foundation (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory). "E vamos liberar os dados imediatamente para beneficiar todos os pesquisadores."

Esses pesquisadores também se concentrarão na identificação do conteúdo de metal em cada galáxia, especialmente em galáxias menores e mais escuras que ainda não foram completamente examinadas - especificamente com os espectros fornecidos pelo instrumento NIRISS da Webb. “Uma das maneiras fundamentais de rastrearmos a evolução ao longo do tempo cósmico é pela quantidade de metais que estão em uma galáxia”, explicou Danielle Berg, professora assistente da Universidade do Texas em Austin e co-investigadora da proposta. Quando o universo começou, havia apenas hidrogênio e hélio. Novos elementos foram formados por sucessivas gerações de estrelas. Ao catalogar o conteúdo de cada galáxia, os pesquisadores poderão traçar precisamente quando vários elementos existiam e atualizar modelos que projetam como as galáxias evoluíram no início do universo.

Descascando novas camadas

Outro programa, liderado por Michael Maseda, professor assistente da Universidade de Wisconsin-Madison, examinará o campo primário ultra-profundo do Hubble usando a matriz de microobturadores no Espectrógrafo de infravermelho próximo da Webb (NIRSpec). Este instrumento retorna espectros para objetos específicos, dependendo de quais persianas em miniatura os pesquisadores abrem. “Essas galáxias existiram durante o primeiro bilhão de anos da história do universo, sobre as quais temos muito pouca informação até o momento”, explicou Maseda. "O Webb fornecerá a primeira grande amostra que nos dará a chance de entendê-los em detalhes."

Sabemos que essas galáxias existem por causa de extensas observações que esta equipe fez - junto com uma equipe de pesquisa internacional - com o instrumento Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) do Very Large Telescope. Embora o MUSE seja o "explorador", identificando galáxias menores e mais fracas neste campo profundo, o Webb será o primeiro telescópio a caracterizar completamente suas composições químicas.

Essas galáxias extremamente distantes têm implicações importantes para nossa compreensão de como as galáxias se formaram no início do universo. "O Webb abrirá um novo espaço para descobertas", explicou Anna Feltre, pesquisadora do Instituto Nacional de Astrofísica da Itália e co-investigadora. “Seus dados nos ajudarão a aprender precisamente o que acontece quando uma galáxia se forma, incluindo quais metais eles contêm, com que rapidez crescem e se já possuem buracos negros”.

Esta pesquisa será conduzida como parte dos programas General Observer (GO) da Webb, que são selecionados competitivamente usando uma revisão anônima dupla, o mesmo sistema usado para alocar tempo no Telescópio Espacial Hubble. + Explorar mais

As primeiras imagens científicas coloridas do telescópio Webb serão lançadas em julho