3 anos após o lançamento do JWST, aqui está o que ele nos ensinou sobre o universo: WebCuriosos

Neste dia, há três anos, testemunhamos o lançamento de roer as unhas do Telescópio Espacial James Webb (JWST), o maior e mais poderoso telescópio que os humanos já enviaram ao espaço.

A construção demorou 30 anos, mas em apenas três anos de operação, o JWST já revolucionou a nossa visão do cosmos.

Explorou o nosso próprio Sistema Solar, estudou as atmosferas de planetas distantes em busca de sinais de vida e investigou as profundezas para encontrar as primeiras estrelas e galáxias formadas no Universo.

Aqui está o que o JWST nos ensinou sobre o Universo primordial desde o seu lançamento – e os novos mistérios que descobriu.

Monstros azuis misteriosos

O JWST ultrapassou os limites de até onde podemos olhar no Universo para encontrar as primeiras estrelas e galáxias. Com a atmosfera da Terra fora do caminho, a sua localização no espaço cria condições perfeitas para observar as profundezas do cosmos com luz infravermelha.

O recorde atual para a galáxia mais distante confirmado pelo JWST remonta a uma época em que o Universo tinha apenas cerca de 300 milhões de anos. Surpreendentemente, neste curto espaço de tempo, esta galáxia conseguiu formar cerca de 400 milhões de vezes a massa do nosso Sol.

Isto indica que a formação de estrelas no Universo primitivo foi extremamente eficiente. E esta galáxia não é a única.

Quando as galáxias crescem, as suas estrelas explodem, criando poeira. Quanto maior a galáxia, mais poeira ela contém. Essa poeira faz com que as galáxias pareçam vermelhas porque absorve a luz azul. Mas aqui está o problema: o JWST mostrou que essas primeiras galáxias são chocantemente brilhantes e massivas e muito azulsem nenhum sinal de poeira. Isso é um verdadeiro quebra-cabeça.

Existem muitas teorias para explicar a natureza estranha destas primeiras galáxias. Eles têm estrelas enormes que simplesmente entram em colapso devido à gravidade sem sofrer explosões massivas de supernovas?

Ou eles têm explosões tão grandes que toda a poeira é empurrada para longe da galáxia, expondo um núcleo azul e livre de poeira? Talvez a poeira tenha sido destruída devido à intensa radiação destas primeiras estrelas exóticas – só não sabemos ainda.

Química incomum nas primeiras galáxias

As primeiras estrelas foram os principais blocos de construção do que eventualmente se tornou a vida. O Universo começou apenas com hidrogênio, hélio e uma pequena quantidade de lítio. Todos os outros elementos, desde o cálcio dos nossos ossos até ao oxigénio do ar que respiramos, foram forjados nos núcleos destas estrelas.

JWST descobriu que as primeiras galáxias também têm características químicas incomuns.

Eles contêm uma quantidade significativa de nitrogênio, muito mais do que observamos em nosso Sol, enquanto a maioria dos outros metais está presente em quantidades menores. Isto sugere que havia processos em jogo no Universo primordial que ainda não compreendemos totalmente.

O JWST mostrou que os nossos modelos de como as estrelas conduzem a evolução química das galáxias ainda estão incompletos, o que significa que ainda não compreendemos completamente as condições que levaram à nossa existência.

Pequenas coisas que acabaram com a escuridão cósmica

Usando enormes aglomerados de galáxias como lentes de aumento gigantescas, as câmeras sensíveis do JWST também podem perscrutar profundamente o cosmos para encontrar as galáxias mais fracas.

Fomos mais longe para encontrar o ponto em que as galáxias se tornam tão fracas que param completamente de formar estrelas. Isto ajuda-nos a compreender as condições sob as quais a formação de galáxias chega ao fim.

O JWST ainda não encontrou esse limite. No entanto, descobriu muitas galáxias ténues, muito mais do que o previsto, emitindo quatro vezes mais fotões energéticos (partículas de luz) que esperávamos.

A descoberta sugere que estas pequenas galáxias podem ter desempenhado um papel crucial na terminando a “idade das trevas” cósmica não muito depois do Big Bang.

O misterioso caso dos pontinhos vermelhos

As primeiras imagens do JWST resultaram em outra descoberta dramática e inesperada. O Universo primitivo é habitado por uma abundância de “pequenos pontos vermelhos“: fontes de cor vermelha extremamente compactas de origem desconhecida.

Inicialmente, pensava-se que eram galáxias massivas e superdensas que não deveriam ser possíveismas observações detalhadas no ano passado revelaram uma combinação de propriedades profundamente intrigantes e contraditórias.

O gás hidrogênio brilhante emite luz a velocidades enormes, milhares de quilômetros por segundo, característica do gás que gira em torno de um buraco negro supermassivo.

Este fenômeno, denominado núcleo galáctico ativo, geralmente indica uma frenesi alimentar onde um buraco negro supermassivo está devorando todo o gás ao seu redor, crescendo rapidamente.

Mas estes não são núcleos galácticos ativos comuns. Para começar: eles não emitem nenhum raio X detectável, como normalmente é esperado. Ainda mais intrigante é que parecem ter características de populações estelares.

Poderiam essas galáxias ser estrelas e núcleos galácticos ativos ao mesmo tempo? Ou algum estágio evolutivo intermediário? Sejam quais forem, os pequenos pontos vermelhos provavelmente nos ensinarão algo sobre o nascimento de buracos negros supermassivos e de estrelas nas galáxias.

As galáxias impossivelmente primitivas

Bem como galáxias primitivas extremamente vivas, JWST também encontrou cadáveres extremamente mortos: galáxias no Universo primordial que são relíquias de intensa formação estelar no amanhecer cósmico.

Esses cadáveres foram encontrados pelo Hubble e por telescópios terrestres, mas apenas o JWST tinha o poder de dissecar sua luz para revelar há quanto tempo eles estavam mortos.

Ele descobriu algumas galáxias extremamente massivas (tão massivas quanto a nossa Via Láctea hoje e mais) que se formaram nos primeiros 700 milhões de anos de história cósmica. Os nossos actuais modelos de formação de galáxias não conseguem explicar estes objectos – são demasiado grandes e formaram-se demasiado cedo.

Os cosmólogos ainda estão a debater se os modelos podem ser dobrados para se ajustarem (por exemplo, talvez a formação estelar inicial tenha sido extremamente eficiente) ou se temos de reconsiderar a natureza da matéria escura e como esta dá origem a objetos em colapso precoce.

O JWST revelará muitos mais desses objetos no próximo ano e estudará os existentes com mais detalhes. De qualquer forma, saberemos em breve.

O que vem por aí para o JWST?

Ainda nos seus primeiros passos, o telescópio revelou muitas deficiências dos nossos modelos atuais do Universo. Enquanto refinamos nossos modelos para levar em conta as atualizações que o JWST nos trouxe, estamos muito entusiasmados com as incógnitas desconhecidas.

Os misteriosos pontos vermelhos estavam escondidos da nossa visão. O que mais permanece nas profundezas do cosmos? O JWST nos contará em breve.

Themiya NanayakkaraCientista do Centro de Dados Australiano James Webb, Universidade de Tecnologia de Swinburne; Ivo LabbéARC Future Fellow/Professor Associado, Universidade de Tecnologia de Swinburnee Karl GlazebrookARC Laureate Fellow e Distinguished Professor, Center for Astrophysics & Supercomputing, Universidade de Tecnologia de Swinburne

Este artigo foi republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.