Utilizando as capacidades sem precedentes do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA, uma equipa internacional de cientistas obteve as primeiras observações espectroscópicas das galáxias mais ténues durante os primeiros mil milhões de anos do Universo. Estas descobertas, publicadas na revista Nature , ajudam a responder a uma pergunta antiga dos astrônomos:quais fontes causaram a reionização do universo? Estes novos resultados demonstraram efetivamente que pequenas galáxias anãs são as prováveis ​​produtoras de quantidades prodigiosas de radiação energética.



Pesquisar a evolução do universo primitivo é um aspecto importante da astronomia moderna. Ainda há muito a ser entendido sobre o período da história inicial do universo conhecido como a era da reionização.

Foi um período de escuridão sem estrelas ou galáxias, preenchido com uma densa névoa de gás hidrogênio até que as primeiras estrelas ionizaram o gás ao seu redor e a luz começou a viajar através dele. Os astrónomos passaram décadas a tentar identificar as fontes que emitiam radiação suficientemente poderosa para dissipar gradualmente este nevoeiro de hidrogénio que cobria o Universo primitivo.

O programa Ultradeep NIRSpec e NIRCam Observations before the Epoch of Reionization (UNCOVER) (#2561) consiste em imagens e observações espectroscópicas do aglomerado de lentes Abell 2744. Uma equipe internacional de astrônomos usou lentes gravitacionais por este alvo, também conhecido como Cluster de Pandora , para investigar as fontes do período de reionização do universo.

As lentes gravitacionais ampliam e distorcem a aparência de galáxias distantes, fazendo com que pareçam muito diferentes daquelas em primeiro plano. A “lente” do aglomerado de galáxias é tão massiva que deforma a própria estrutura do espaço, tanto que a luz de galáxias distantes que passa pelo espaço distorcido também assume uma aparência distorcida.

O efeito de ampliação permitiu à equipe estudar fontes de luz muito distantes além de Abell 2744, revelando oito galáxias extremamente fracas que de outra forma seriam indetectáveis, até mesmo para Webb.

A equipa descobriu que estas galáxias ténues são imensas produtoras de radiação ionizante, em níveis quatro vezes maiores do que se supunha anteriormente. Isto significa que a maioria dos fotões que reionizaram o Universo provavelmente vieram destas galáxias anãs.

"Esta descoberta revela o papel crucial desempenhado pelas galáxias ultrafracas na evolução do Universo primitivo," disse Iryna Chemerynska, membro da equipa, do Institut d'Astrophysique de Paris, em França. "Eles produzem fótons ionizantes que transformam o hidrogênio neutro em plasma ionizado durante a reionização cósmica. Isso destaca a importância da compreensão das galáxias de baixa massa na formação da história do universo."

"Estas potências cósmicas emitem colectivamente energia mais do que suficiente para realizar o trabalho," acrescentou o líder da equipa Hakim Atek, Institut d'Astrophysique de Paris, CNRS, Sorbonne Université, França, e autor principal do artigo que descreve este resultado. "Apesar do seu pequeno tamanho, estas galáxias de baixa massa são produtoras prolíficas de radiação energética, e a sua abundância durante este período é tão substancial que a sua influência colectiva pode transformar todo o estado do Universo."

Para chegar a esta conclusão, a equipe primeiro combinou dados de imagens ultraprofundas de Webb com imagens auxiliares de Abell 2744 do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, a fim de selecionar candidatas a galáxias extremamente fracas na época da reionização. Isto foi seguido por espectroscopia com Espectrógrafo de Infravermelho Próximo de Webb (NIRSpec). O Multi-Shutter Assembly do instrumento foi usado para obter espectroscopia de múltiplos objetos dessas galáxias fracas.

Esta é a primeira vez que os cientistas medem de forma robusta a densidade numérica destas galáxias ténues e confirmam com sucesso que são a população mais abundante durante a época da reionização. Isto também marca a primeira vez que o poder ionizante destas galáxias foi medido, permitindo aos astrónomos determinar que estão a produzir radiação energética suficiente para ionizar o Universo primitivo.

"A incrível sensibilidade do NIRSpec combinada com a amplificação gravitacional fornecida pelo Abell 2744 permitiu-nos identificar e estudar em detalhe estas galáxias dos primeiros mil milhões de anos do Universo, apesar de serem 100 vezes mais ténues do que a nossa Via Láctea," continuou Atek. .

Num próximo programa de observação do Webb, denominado GLIMPSE, os cientistas obterão as observações mais profundas de sempre no céu. Ao visar outro aglomerado de galáxias, denominado Abell S1063, serão identificadas galáxias ainda mais ténues durante a época da reionização, a fim de verificar se esta população é representativa da distribuição de galáxias em grande escala.

Como estes novos resultados se baseiam em observações obtidas num campo, a equipa observa que as propriedades ionizantes de galáxias ténues podem aparecer de forma diferente se residirem em regiões demasiado densas. Observações adicionais num campo independente fornecerão, portanto, informações adicionais para ajudar a verificar estas conclusões.

As observações do GLIMPSE também ajudarão os astrónomos a investigar o período conhecido como Amanhecer Cósmico, quando o Universo tinha apenas alguns milhões de anos, para desenvolver a nossa compreensão do surgimento das primeiras galáxias.

Estes resultados foram publicados hoje na revista Nature .

Mais informações: Hakim Atek, A maioria dos fótons que reionizaram o Universo vêm de galáxias anãs, Natureza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07043-6. www.nature.com/articles/s41586-024-07043-6
Informações do diário: Natureza

Fornecido pela Agência Espacial Europeia