Assim que o presidente Biden revelou a primeira imagem do Telescópio Espacial James Webb (JWST) em 11 de julho de Massimo Pascale e sua equipe entrou em ação.
Coordenando o Slack, Pascale, um astrofísico da Universidade da Califórnia, Berkeley, e 14 colaboradores dividiram as tarefas. A imagem mostrou milhares de galáxias em uma porção do céu do tamanho de uma alfinetada, algumas ampliadas à medida que sua luz se curvava em torno de um aglomerado central de galáxias. A equipe começou a trabalhar examinando a imagem, na esperança de publicar o primeiro artigo científico do JWST. “Trabalhamos sem parar”, disse Pascale. “Era como uma sala de fuga.”
Três dias depois, apenas alguns minutos antes do prazo diário no arxiv.org, o servidor onde os cientistas podem fazer upload das primeiras versões dos artigos, a equipe submeteram suas pesquisas. Eles perderam o primeiro lugar por 13 segundos, “o que foi muito engraçado”, disse Pascale.
A vencedores, Guilherme Mahler na Universidade de Durham, no Reino Unido, e colegas analisaram essa mesma primeira imagem do JWST. “Houve um enorme prazer em poder pegar esses dados incríveis e publicá-los”, disse Mahler. “Se podemos fazer isso rápido, por que devemos esperar?”
A “competição saudável”, como Mahler a chama, destaca o enorme volume de ciência que já está vindo do JWST, dias depois que os cientistas começaram a receber dados do tão esperado megatelescópio sensor infravermelho.
O Amanhecer do Tempo
Uma das habilidades muito elogiadas do JWST é o poder de olhar para trás no tempo para o início do universo e ver algumas das primeiras galáxias e estrelas. O telescópio – que foi lançado no dia de Natal de 2021 e agora fica a 1.5 milhão de quilômetros da Terra – avistou a galáxia mais distante e mais antiga conhecida.
Duas equipes encontraram a galáxia quando analisaram separadamente as observações do JWST para a pesquisa GLASS, uma das mais de 200 programas de ciências programado para o primeiro ano do telescópio no espaço. Ambos os times, um levou by Rohan Naidu no Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics em Massachusetts e o outro by Marco Castellano no Observatório Astronômico de Roma, identificou duas galáxias especialmente remotas nos dados: uma tão distante que o JWST detecta a luz que emitiu 400 milhões de anos após o Big Bang (um empate com a galáxia mais antiga já vista pelo Telescópio Espacial Hubble), e o outro, apelidado de GLASS-z13, visto como surgiu 300 milhões de anos após o Big Bang. “Seria a galáxia mais distante já encontrada”, disse Castellano.
Ambas as galáxias parecem extremamente pequenas, talvez 100 vezes menores que a Via Láctea, mas mostram taxas surpreendentes de formação de estrelas e já contêm 1 bilhão de vezes a massa do nosso Sol – mais do que o esperado para galáxias tão jovens. Uma das jovens galáxias ainda mostra evidências de uma estrutura semelhante a um disco. Mais estudos serão feitos para separar sua luz para obter suas características.
Outro programa do universo primitivo também revelou “galáxias incrivelmente distantes”, disse Rebeca Larson, astrônomo da Universidade do Texas, Austin e membro da pesquisa Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Apenas algumas semanas após o início da pesquisa, a equipe capturou um punhado de galáxias dos primeiros 500 milhões de anos do universo, embora Larson e seus colegas ainda não tenham divulgado suas descobertas exatas. "É melhor do que eu imaginava e é apenas o começo", disse ela.
Galáxias mais antigas se escondem na imagem do aglomerado de galáxias apresentada pelo presidente Biden e estudada por Pascale e Mahler. Chamado SMACS0723, o aglomerado é tão pesado que dobra a luz de objetos mais distantes, trazendo-os à vista. Pascale e Mahler encontraram até 16 galáxias remotas que foram ampliadas na imagem; suas idades exatas ainda não são conhecidas.
O telescópio examinou mais de perto uma galáxia distante na imagem, uma mancha de luz que data de 700 milhões de anos após o Big Bang. Com seu espectrógrafo, o JWST detectou elementos pesados, particularmente oxigênio, na galáxia. Agora, os cientistas esperam que o telescópio encontre a ausência de elementos pesados em galáxias ainda mais antigas – evidência de que essas galáxias contêm apenas Estrelas da população III, as primeiras estrelas hipotéticas do universo, que se pensava terem sido monstruosamente enormes e feitas inteiramente de hidrogênio e hélio. (Somente quando essas estrelas explodiram, elas forjaram elementos mais pesados, como o oxigênio, e os expeliram no cosmos.)
“Estamos procurando galáxias onde não vemos elementos pesados”, disse Andy Bunker, astrofísico da Universidade de Oxford. “Isso pode ser uma arma fumegante para a primeira geração de estrelas formadas a partir de hidrogênio e hélio primordiais. Teoricamente deveriam existir. Depende se eles são brilhantes o suficiente.”
Estrutura Galáctica
Para os cientistas que buscam entender a estrutura das galáxias e como as estrelas se formam dentro delas, o JWST já forneceu dados impactantes.
Um programa de observação, liderado por Janice Lee no NOIRLab da National Science Foundation no Arizona, procura locais jovens de formação de estrelas em galáxias. Em nome da equipe de Lee, o JWST observou uma galáxia a 24 milhões de anos-luz de distância chamada NGC 7496, cujas regiões de formação de estrelas jovens até agora estavam envoltas em escuridão; Os instrumentos do Hubble não conseguiram penetrar na poeira e no gás espessos que cercam essas regiões. O JWST, no entanto, pode ver a luz infravermelha que reflete na poeira, permitindo que o telescópio investigue perto dos momentos em que as estrelas se ligaram e a fusão nuclear acendeu em seus núcleos. “A poeira está realmente subindo”, disse Lee.
O que é mais notável, disse ela, é que NGC 7496 é uma galáxia normal, “não uma galáxia poster-child”. No entanto, sob o olhar atento do JWST, ele de repente ganha vida e revela canais onde as estrelas estão se formando. "É simplesmente fenomenal", disse ela.
Enquanto isso, John Barentine, astrônomo da empresa de conservação de céu escuro Dark Sky Consulting, no Arizona, fez uma descoberta mais fortuita em uma das primeiras imagens do JWST. A imagem do telescópio da Nebulosa do Anel Sul, a 2,500 anos-luz da Terra, mostrou uma clareza notável. Ao lado, uma intrigante galáxia vista de lado (um ponto de vista único para estudar a protuberância central da galáxia), anteriormente identificada erroneamente como parte da própria nebulosa, apareceu.
“Temos esta máquina extremamente sensível que vai revelar por acaso coisas que nem sabíamos que estávamos procurando”, disse Barentine. “Em quase todas as imagens que Webb tira, vale a pena dar uma olhada no fundo.”
De olho nas estrelas e planetas
Alvos menores também estão na mira do JWST, incluindo os planetas do nosso próprio sistema solar. Júpiter apareceu na moda magnífica como parte do primeiro lote de imagens, capturadas em uma exposição de apenas 75 segundos.
Os astrônomos sabem que a atmosfera superior de Júpiter é centenas de graus mais quente que a atmosfera inferior, mas não sabem ao certo por quê. Ao detectar a luz infravermelha, o JWST pôde ver a atmosfera superior aquecida brilhando; ele aparece como um anel vermelho ao redor do planeta. “Temos essa camada algumas centenas de quilômetros acima das nuvens e está brilhando porque está quente”, disse Henrik Melin, cientista planetário da Universidade de Leicester. “Nunca vimos isso antes em escala global. Isso é uma coisa extraordinária de se ver.”
programa de Melin planeja usar o JWST nas próximas semanas para estudar a força motriz por trás desse aquecimento atmosférico.
Escondida na imagem de Júpiter do JWST está a lua vulcânica Io interagindo com a aurora de Júpiter – criando uma pequena protuberância na aurora baixa no céu do planeta. A imagem revela “material vindo de Io fluindo pelas linhas do campo magnético”, disse Melin. O efeito foi visto antes, mas foi facilmente escolhido pelo JWST com apenas um olhar para o planeta.
O JWST também está sondando planetas em outros sistemas estelares. O telescópio já deu uma olhada no famoso sistema TRAPPIST-1, uma estrela anã vermelha com sete mundos do tamanho da Terra (alguns potencialmente habitáveis), embora os dados ainda estejam sendo analisados. As primeiras observações foram divulgadas de um planeta menos hospitaleiro, um “Júpiter quente” chamado WASP-96 b, em uma órbita apertada de 3.4 dias em torno de sua estrela.
JWST encontrou vapor de água na atmosfera do planeta, confirmando evidências de água informado dias antes by Chima McGruder do Harvard-Smithsonian Center e colegas, que usaram um telescópio terrestre. Mas o JWST pode ir mais longe; observando a proporção de carbono para oxigênio do WASP-96 b, pode ser capaz de resolver um mistério confuso sobre os Júpiteres quentes: como eles atingem órbitas tão próximas em torno de suas estrelas. Mais oxigênio sugeriria que o gigante gasoso inicialmente se formou longe da estrela onde a água poderia se condensar, enquanto uma proporção de carbono mais alta sugeriria que sempre esteve perto.
Enquanto isso, o JWST pode ter visto uma luz temporária no céu – um evento de curta duração conhecido como transitório – o que não foi projetado inicialmente para fazer. O astrônomo Mike Engesser e colegas do Space Telescope Science Institute em Baltimore, Maryland (o centro de operações do JWST), notaram um objeto brilhante não aparente nas imagens do Hubble da mesma região. Eles acham que é uma supernova, ou estrela explosiva, a cerca de 3 bilhões de anos-luz de distância – prova de que o telescópio pode encontrar esses eventos.
O JWST também deve ser capaz de encontrar supernovas muito mais distantes, o que lhe dará outra maneira de servir como sonda do universo primitivo. Também pode encontrar estrelas sendo dilaceradas pelos buracos negros supermassivos que residem nos centros das galáxias, algo que nenhum telescópio anterior viu. “Pela primeira vez seremos capazes de perscrutar essas regiões muito profundas e escuras”, disse Ori Raposa, um astrônomo do Space Telescope Science Institute que lidera a equipe que estuda os transientes.
Os transitórios, como outros fenômenos astronômicos, devem ser redefinidos. Após décadas de planejamento e construção, o JWST atingiu o céu correndo. A questão agora é acompanhar a constante enxurrada de ciência que desce de uma máquina tão complexa, mas sem falhas, que quase desafia a crença de que foi construída por cérebros humanos. “Está funcionando e é insano”, disse Larson.
