Uma equipa internacional de astrónomos anunciou hoje a descoberta das duas primeiras e mais distantes galáxias alguma vez vistas, datando de apenas 300 milhões de anos após o Big Bang. Estes resultados, utilizando o Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA, marcam um marco importante no estudo do Universo primitivo.



As descobertas foram feitas pela equipe JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Daniel Eisenstein do Centro de Astrofísica | Harvard &Smithsonian (CfA) é um dos líderes da equipe do JADES e investigador principal do programa de observação que revelou essas galáxias. Ben Johnson e Phillip Cargile, ambos cientistas pesquisadores do CfA, e Zihao Wu, Ph.D. estudante do CfA, também desempenhou papéis importantes.

Devido à expansão do universo, a luz de galáxias distantes se estende por comprimentos de onda mais longos à medida que viaja. Este efeito é tão extremo para estas duas galáxias que a sua luz ultravioleta é deslocada para comprimentos de onda infravermelhos, onde apenas o JWST pode vê-la. Como a luz leva tempo para viajar, galáxias mais distantes também são vistas como eram antes.

As duas galáxias recordistas são chamadas JADES-GS-z14-0 e JADES-GS-z14-1, sendo a primeira a mais distante das duas. Além de ser o novo recordista de distância, o JADES-GS-z14-0 é notável pelo seu tamanho e brilho.

"O tamanho da galáxia prova claramente que a maior parte da luz é produzida por um grande número de estrelas jovens," disse Eisenstein, professor de Harvard e presidente do departamento de astronomia, "em vez de material cair num buraco negro supermassivo no centro da galáxia. centro, que pareceria muito menor."

A combinação do brilho extremo e o facto de estrelas jovens alimentarem esta elevada luminosidade faz de JADES-GS-z14-0 a evidência mais impressionante já encontrada da rápida formação de galáxias grandes e massivas no Universo primitivo.

“JADES-GS-z14-0 torna-se agora o arquétipo deste fenómeno”, diz o Dr. Stefano Carniani da Scuola Normale Superiore em Pisa, principal autor do artigo de descoberta. "É impressionante que o Universo possa formar uma galáxia assim em apenas 300 milhões de anos."

Evidências de galáxias iniciais surpreendentemente vigorosas apareceram já nas primeiras imagens do JWST e têm aumentado nos primeiros dois anos da missão. Esta tendência vai contra as expectativas que a maioria dos astrónomos tinha antes do lançamento do JWST das teorias de formação de galáxias.

JADES-GS-z14-0 foi um quebra-cabeça para a equipe JADES quando a avistou pela primeira vez, há mais de um ano, pois parece suficientemente próxima no céu de uma galáxia em primeiro plano para que a equipe não pudesse ter certeza de que as duas não eram vizinhas. Mas em outubro de 2023, a equipa JADES realizou imagens ainda mais profundas – cinco dias completos com a câmara infravermelha próxima JWST num único campo – e utilizou filtros concebidos para isolar melhor as primeiras galáxias.

“Simplesmente não conseguíamos ver nenhuma forma plausível de explicar esta galáxia como sendo apenas uma vizinha da galáxia mais próxima,” diz o Dr. Kevin Hainline, professor investigador da Universidade do Arizona.

A galáxia está localizada em um campo onde o instrumento JWST Mid-Infrared conduziu uma observação ultraprofunda. Seu brilho em comprimentos de onda infravermelhos intermediários é um sinal de emissão de átomos de hidrogênio e até mesmo de oxigênio no universo primitivo.

“Apesar de ser tão jovem, a galáxia já está trabalhando arduamente para criar os elementos que nos são familiares na Terra”, disse Zihao Wu, coautor de um segundo artigo sobre esta descoberta, liderado por Jakob Helton, estudante de graduação na Universidade. do Arizona.

Encorajada, a equipe obteve então um espectro de cada galáxia e confirmou suas esperanças de que JADES-GS-z14-0 fosse de fato uma galáxia recordista e que a candidata mais fraca, JADES-GS-z14-1, estivesse quase tão distante .

Um terceiro artigo liderado por Brant Robertson, professor da Universidade da Califórnia-Santa Cruz, e Ben Johnson, estuda a evolução desta população inicial de galáxias.

"Este objeto incrível mostra que a formação de galáxias no universo primitivo é muito rápida e intensa", disse Johnson, "e o JWST nos permitirá encontrar mais dessas galáxias, talvez quando o universo era ainda mais jovem. É uma oportunidade maravilhosa para estudar como as galáxias começaram."

Todos os três artigos estão atualmente disponíveis no arXiv servidor de pré-impressão.

Mais informações: Um amanhecer cósmico brilhante:confirmação espectroscópica de duas galáxias luminosas em z∼14, arXiv:2405.18485 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2405.18485
Detecção fotométrica JWST/MIRI em 7,7 μm do continuum estelar e emissão nebular em uma galáxia em z>14, arXiv:2405.18462 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2405.18462

Brant Robertson et al, Primeiras galáxias no campo de origens JADES:função de luminosidade e densidade da taxa de formação de estrelas cósmicas 300 milhões de anos após o Big Bang, arXiv (2023). DOI:10.48550/arxiv.2312.10033

Informações do diário: arXiv

Fornecido pelo Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica