James Webb: seis grandes descobertas mostram importância do telescópio

Supertelescópio supera as expectativas ao revelar, com rapidez inesperada, uma série de informações que podem estremecer teorias cosmológicas

Paloma Oliveto

postado em 05/03/2023 03:55

Redes de gás e poeira This image taken by the NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope shows one of a total of 19 galaxies targeted for study by the Physics at High Angular resolution in Nearby Galaxies (PHANGS) collaboration. Nearby barred spiral galaxy NGC 1433 takes on a completely new look when observed by Webb...s Mid-Infrared Instrument (MIRI). NGC 1433...s spiral arms are littered with evidence of extremely young stars releasing energy and, in some cases, blowing out the gas and dust of the interstellar medium they plough into. Areas that once appeared dark and dim in optical imaging light up under Webb...s infrared eye, as clumps of dust and gas in the interstellar medium absorb the light from forming stars and emit it back out in the infrared. Webb...s image of NGC1433 is a dramatic display of the role that dynamic processes within the forming stars, dust, and gas play in the larger structure of an entire galaxy. At the centre of the galaxy, a tight, bright core featuring a unique double ring structure shines in exquisite detail, revealed by Webb...s extreme resolution. In this case, that double ring is actually tightly wrapped spiral arms that wind into an oval shape along the galaxy...s bar axis. NGC 1433 is classified as a Seyfert galaxy, a galaxy relatively close to Earth that has a bright, active core. The brightness and lack of dust in the MIRI image of NGC 1433 could hint at a recent merger or even collision with another galaxy.In the image of NGC 1433, blue, green, and red were assigned to Webb...s MIRI data at 7.7, 10 and 11.3, and 21 microns (the F770W, F1000W and F1130W, and F2100W filters, respectively). MIRI was contributed by ESA and NASA, with the instrument designed and built by a consortium of nationally funded European Institutes (The MIRI European Consortium) and NASA...s Jet Propulsion Laboratory, in partnership with the University of Arizona.[Image Description: A large galaxy takes up the entirety of the image. The core is mostly bright white, but there are also swirling, detailed structures that resemble water circling a drain. There is white and light blue colored dust that emanates from the core...s center, but it is tightly contained to the core. The rings are wispy and highlight filaments of dust around cavernous black bubbles. The dust in the outer rings contains dots that are navy blue, pinkish, reddish, and white.] - (crédito: Fotos: Nasa/Divulgação)

Foram mais de três décadas de planejamento até que o gigante de 6t e 6,5m de diâmetro finalmente chegasse ao céu. Pouco mais de um ano depois de seu lançamento e oito meses após as primeiras fotos serem reveladas, o supertelescópio espacial James Webb (JWST) surpreende os astrônomos com descobertas que colocam em jogo boa parte das teorias cosmológicas. Embora fosse esperado que o instrumento inaugurasse uma era na astronomia, ele tem feito isso com uma rapidez significativa. E essa é só uma amostra, dizem os especialistas.

"O mais poderoso telescópio infravermelho já construído está funcionando bem, melhor do que o especificado para sua construção, e os dados obtidos com o JWST já começaram a abalar os alicerces do que sabíamos", afirma Eva Villaver, pesquisadora do Departamento de Astrofísica do Centro de Astrobiologia do Conselho Superior de Investigações Científicas, na Espanha. "Os dados nos mostram o que não podíamos ver até agora e, em muitos casos, não é o que esperávamos. Assim é a ciência", diz.

Uma das surpresas mais recentes foi revelada em um artigo publicado na revista Nature. O James Webb flagrou galáxias supermassivas onde elas não poderiam estar: entre 500 milhões e 700 milhões depois do Big Bang. Pela teoria da formação galáctica, nesse momento, elas deveriam ser bebezinhos, e não aglomerados tão avançados quanto a Via Láctea, hoje.

Há muito ainda por vir, diz Javier Gómez Elvira, engenheiro aeronáutico que participou da Missão Laboratório de Ciência Marte, da Agência Espacial Norte-Americana (Nasa). "O JWST está descobrindo um Universo que não poderia ser visto com o telescópio Hubble, além de ultrapassar os limites centenas de milhões de anos do que é conhecido atualmente. Entre as perguntas que deve responder estão: De que são feitos os planetas? Como as galáxias são construídas? Qual é a coisa mais distante que podemos observar? Como o Universo emergiu da idade das trevas para formar as primeiras estrelas e galáxias?", enumera.

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  Discos empoeirados This image features NGC 346, one of the most dynamic star-forming regions in nearby galaxies, as seen by the NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope. NCG 346 is located in the Small Magellanic Cloud (SMC), a dwarf galaxy close to our Milky Way... [Image Description: A star forming region sweeps across the scene, dominated by hues of purple. Tones of yellow outline the region's irregular shape. Many bright stars dominate the scne, as well as countless smaller stars the scatter the image's background.] NASA, ESA, CSA, STScI, A. Pagan
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  O primeiro exoplaneta: Based on new evidence from the NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope, this illustration reflects the conclusion that the exoplanet LHS 475 b is rocky and almost precisely the same size as Earth. The planet whips around its star in just two days, far faster than any planet in the Solar System. Researchers will follow up this summer with additional observations with Webb, which they hope will allow them to definitively conclude if the planet has an atmosphere. LHS 475 b is relatively close, 41 light-years away, in the constellation Octans. [Image Description: Illustration of a planet and its star on a black background. The planet is large, in the foreground at the centre, and the star is smaller, in the background and also at the centre. The planet is rocky. The top quarter of the planet (the side facing the star) is lit, while the rest is in shadow. The star is bright yellowish-white, with no clear features.] NASA, ESA, CSA, L. Hustak (STScI
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  Inventário gelado: This image by the NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope...s Near-InfraRed Camera (NIRCam) features the central region of the Chameleon I dark molecular cloud, which resides 630 light years away. The cold, wispy cloud material (blue, centre) is illuminated in the infrared by the glow of the young, outflowing protostar Ced 110 IRS 4 (orange, upper left). The light from numerous background stars, seen as orange dots behind the cloud, can be used to detect ices in the cloud, which absorb the starlight passing through them... An international team of astronomers has reported the discovery of diverse ices in the darkest, coldest regions of a molecular cloud measured to date by studying this region. This result allows astronomers to examine the simple icy molecules that will be incorporated into future exoplanets, while opening a new window on the origin of more complex molecules that are the first step in the creation of the building blocks of life. [Image Description: A large, dark cloud is contained within the frame. In its top half it is textured like smoke and has wispy gaps, while at the bottom and at the sides it fades gradually out of view. On the left are several orange stars: three each with six large spikes, and one behind the cloud which colours it pale blue and orange. Many tiny stars are visible, and the background is black.] NASA, ESA, CSA, and M. Zamani (E
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  Coliseu do espaço: A previously unknown 100...200-metre asteroid ... roughly the size of Rome...s Colosseum ... has been detected by an international team of European astronomers using the NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope. Their project used data from the calibration of the Mid-InfraRed Instrument (MIRI), in which the team serendipitously detected an interloping asteroid. The object is likely the smallest observed to date by Webb and may be an example of an object measuring under 1 kilometer in length within the main asteroid belt, located between Mars and Jupiter. More observations are needed to better characterize this object...s nature and properties. [Image Description: This artist's impression shows a grey, irregularly-shaped asteroid against a dark background.] N. Bartmann/ESA/Webb
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  Bebês supermassivos: Astronomers estimate 50 000 sources of near-infrared light are represented in this image from the NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope. Their light has travelled through various distances to reach the telescope...s detectors, representing the vastness of space in a single image. A foreground star in our own galaxy, to the right of the image centre, displays Webb...s distinctive diffraction spikes. Bright white sources surrounded by a hazy glow are the galaxies of Pandora...s Cluster, a conglomeration of already-massive clusters of galaxies coming together to form a mega cluster. The concentration of mass is so great that the fabric of spacetime is warped by gravity, creating a natural, super-magnifying glass called a 'gravitational lens' that astronomers can use to see very distant sources of light beyond the cluster that would otherwise be undetectable, even to Webb. These lensed sources appear red in the image, and often as elongated arcs distorted by the gravitational lens. Many of these are galaxies from the early universe, with their contents magnified and stretched out for astronomers to study. Other red sources in the image have yet to be confirmed by follow-up observations with Webb...s Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) instrument to determine their true nature. One intriguing example is an extremely compact source that appears as a tiny red dot, despite the magnifying effect of the gravitational lens. One possibility is that the dot is a supermassive black hole in the early universe. NIRSpec data will provide both distance measurements and compositional details of selected sources, providing a wealth of previously-inaccessible information about the universe and how it has evolved over time. [Image Description: A crowded galaxy field on a black background, with one large star dominating the image just right of center. Three areas are concentrated with larger white hazy blobs on the left, lower right, and upper right above the single star. Scattered between these areas are many smaller sources of light; some also have a hazy white glow, while many other are red or orange.] NASA, ESA, CSA, I. Labbe (Swinbu
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  Redes de gás e poeira This image taken by the NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope shows one of a total of 19 galaxies targeted for study by the Physics at High Angular resolution in Nearby Galaxies (PHANGS) collaboration. Nearby barred spiral galaxy NGC 1433 takes on a completely new look when observed by Webb...s Mid-Infrared Instrument (MIRI). NGC 1433...s spiral arms are littered with evidence of extremely young stars releasing energy and, in some cases, blowing out the gas and dust of the interstellar medium they plough into. Areas that once appeared dark and dim in optical imaging light up under Webb...s infrared eye, as clumps of dust and gas in the interstellar medium absorb the light from forming stars and emit it back out in the infrared. Webb...s image of NGC1433 is a dramatic display of the role that dynamic processes within the forming stars, dust, and gas play in the larger structure of an entire galaxy. At the centre of the galaxy, a tight, bright core featuring a unique double ring structure shines in exquisite detail, revealed by Webb...s extreme resolution. In this case, that double ring is actually tightly wrapped spiral arms that wind into an oval shape along the galaxy...s bar axis. NGC 1433 is classified as a Seyfert galaxy, a galaxy relatively close to Earth that has a bright, active core. The brightness and lack of dust in the MIRI image of NGC 1433 could hint at a recent merger or even collision with another galaxy.In the image of NGC 1433, blue, green, and red were assigned to Webb...s MIRI data at 7.7, 10 and 11.3, and 21 microns (the F770W, F1000W and F1130W, and F2100W filters, respectively). MIRI was contributed by ESA and NASA, with the instrument designed and built by a consortium of nationally funded European Institutes (The MIRI European Consortium) and NASA...s Jet Propulsion Laboratory, in partnership with the University of Arizona.[Image Description: A large galaxy takes up the entirety of the image. The core is mostly bright white, but there are also swirling, detailed structures that resemble water circling a drain. There is white and light blue colored dust that emanates from the core...s center, but it is tightly contained to the core. The rings are wispy and highlight filaments of dust around cavernous black bubbles. The dust in the outer rings contains dots that are navy blue, pinkish, reddish, and white.] Fotos: Nasa/Divulgação

Exoplanetas

Para Eva Villaver, uma das áreas com as quais o telescópio mais deve contribuir é a dos exoplanetas, aqueles que estão em outros sistemas solares. "Fascina-me pensar que o JWST vai revolucionar o nosso conhecimento de uma área de estudo: os planetas extra-solares e suas atmosferas, que nem existia quando foi concebido no papel", diz. Em janeiro, o equipamento confirmou a existência do LHS 475b, que tem quase o tamanho da Terra e orbita uma estrela na Constelação de Octans. As observações permitiram excluir modelos atmosféricos do planeta, algo que nenhum outro instrumento conseguiu fazer.

"O JWST fornecerá muitas novas visões sobre a composição das atmosferas de alguns exoplanetas. Ele não é realmente um instrumento de busca de vida, mas quanto mais aprendermos sobre as atmosferas de outros planetas, mais entenderemos as condições que podem existir em suas superfícies", explica o astrofísico Jason Steffen, da Universidade de Nevada, nos Estados Unidos, especialista em exoplaneta e ex-integrante da missão Kepler da Nasa. Steffen esclarece que há duas maneiras de o James Webb observar esses corpos: uma para o caso daqueles em trânsito e outra para obter imagens diretas.

"A tecnologia de imagem direta deve ajudar os cientistas a encontrar a luz emitida por planetas jovens que acabaram de se formar. Para os planetas em trânsito, o JWST analisará duas assinaturas principais: a curva de fase, que nos dirá quão escuro ou brilhante é o objeto, e o espectro de trânsito, que nos dirá um pouco da composição química", conta. Os planetas em trânsito, diz Steffen, foram o foco da Kepler e, agora, seu estudo será mais aprofundado, com o Webb.

Veja, ao lado, as seis descobertas que o James Webb fez apenas nos dois primeiros meses de 2023.

Redes de gás e poeira

Imagens do MIRI, o único instrumento do telescópio capaz de operar em comprimentos de onda do infravermelho médio, revelam a presença de uma rede de características altamente estruturadas dentro de 19 galáxias: trata-se de cavidades brilhantes de poeira e enormes bolhas cavernosas de gás que revestem os braços espirais. É a primeira vez que se observa a formação de estrelas, gás e poeira em galáxias próximas com resolução sem precedentes. Os dados estão sendo explorados por 21 pesquisas diferentes, que fornecem uma nova visão sobre como alguns dos processos de menor escala no Universo, como o início da formação estelar, impactam a evolução dos maiores objetos no cosmos: as galáxias. A observação foi relatada em uma edição especial da revista The Astrophysical Journal Letters.

Bebês supermassivos

Os astrônomos estimam que 50 mil fontes de luz infravermelha próxima estão representadas nesta imagem. As fontes brancas cercadas por um brilho nebuloso são as galáxias do Aglomerado de Pandora, onde a concentração de massa é tão grande que o tecido do espaço-tempo é deformado pela gravidade, criando uma superlupa natural chamada "lente gravitacional". Em um artigo na revista Nature, pontinhos vermelhos difusos são descritos como possíveis galáxias formadas muito pouco tempo depois do Big Bang. Elas não deveriam ser tão robustas assim, pois ainda eram bastante jovens, o que desafia teorias atuais. Também está sendo pesquisado se, na verdade, o James Webb flagrou um buraco negro supermassivo, igualmente do início do Universo.

"Coliseu" do espaço

Um asteroide previamente desconhecido com diâmetro de 100 a 200 metros — aproximadamente do tamanho do Coliseu de Roma — foi detectado acidentalmente pelo Webb quando o instrumento passava por uma calibração. A equipe de astrônomos chegou a pensar que se tratava de uma falha. O objeto é provavelmente o menor observado até agora pelo telescópio e pode ser um exemplo de um corpo do tipo medindo menos de 1km de comprimento dentro do Cinturão de Asteroides, localizado entre Marte e Júpiter. Mais pesquisas são necessárias para melhor caracterizar sua natureza e propriedades. Se confirmado que é mesmo um asteroide, haverá importantes implicações para a compreensão da formação e evolução do Sistema Solar. O resultado também sugere que o supertelescópio poderá contribuir acidentalmente para a detecção de novos objetos do tipo.

Inventário gelado

Para se ter um planeta habitável, o gelo é um ingrediente vital, por ser o principal portador de vários elementos-chave da luz: carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e enxofre (coletivamente chamados de Chons). No nosso Sistema Solar, acredita-se que eles foram lançados na superfície da Terra por impactos com cometas ou asteroides gelados. Nessas regiões do espaço, grãos de poeira gelada fornecem um cenário único para átomos e moléculas se encontrarem, o que pode desencadear reações químicas que formam substâncias muito comuns como a água. Com observações do James Webb, astrônomos apresentaram um inventário detalhado dos gelos mais profundos e frios medidos até agora em uma nuvem molecular. Trata-se do censo mais abrangente dos ingredientes gelados disponíveis para formar as futuras gerações de estrelas e planetas antes de serem aquecidos durante a formação de estrelas jovens.

O primeiro exoplaneta

Com apenas duas observações de trânsito, o instrumento espectrógrafo de infravermelho próximo (NIRSpec) do Webb capturou, pela primeira vez, um exoplaneta. Classificado como LHS 475 b, o planeta tem quase o mesmo tamanho que o nosso, com 99% do diâmetro da Terra. Segundo os pesquisadores, os primeiros resultados observacionais de um objeto rochoso do tamanho da Terra abrem as portas para muitas possibilidades futuras no estudo de atmosferas de corpos celestes do tipo pelo supertelescópio espacial. A equipe observou que, embora seja possível que o planeta não tenha atmosfera, existem algumas composições atmosféricas que não foram descartadas, como uma de dióxido de carbono puro. O Webb também revelou que o LHS 475 é algumas centenas de graus mais quente que a Terra, sendo, provavelmente, mais parecido com Vênus. O exoplaneta está relativamente próximo, a apenas 41 anos-luz de distância, na constelação de Octans.

Discos empoeirados

Uma das regiões de formação estelar mais dinâmicas em galáxias próximas, a NGC 346 começa a ser desvendada pelo James Webb. Ela está localizada na Pequena Nuvem de Magalhães (PNM), uma galáxia anã próxima à Via-Láctea que contém concentrações mais baixas de elementos mais pesados que o hidrogênio ou o hélio, os metais. Como os grãos de poeira no espaço são compostos principalmente dessas moléculas, os cientistas esperavam que houvesse apenas pequenas quantidades de poeira e que seria difícil detectá-la. Mas novos dados de Webb revelaram exatamente o oposto. Anteriormente, já se havia identificado gás em torno de protoestrelas dentro de NGC 346, mas as observações no infravermelho próximo do telescópio marcam a primeira vez em que a poeira também foi encontrada nos discos. Segundo os astrônomos, o que se vê são os blocos de construção não apenas das estrelas, mas, potencialmente, de planetas.

 

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Apesar de ser um instrumento espacial como nenhum outro, o James Webb não é, diferentemente do que se costuma ler, o substituto do Hubble. O supertelescópio servirá como um observatório complementar do veterano, que opera e coleta dados inovadores há mais de 30 anos. “Há uma enorme diferença entre os dois observatórios, e isso cria possibilidades empolgantes”, afirma o astrofísico Jason Steffen, da Universidade de Nevada, nos Estados Unidos, que integrou a missão Kepler da Nasa. Enquanto o Hubble olha principalmente na parte visível do espectro de luz, o Webb foi projetado para enxergar no infravermelho. “Os comprimentos de onda mais longos da luz infravermelha permitem que o telescópio perfure as nuvens de poeira rodopiante – evidência da formação de estrelas e planetas – que a luz visível captura, dando aos cientistas uma visão mais nítida do que nunca das atmosferas de corpos celestes distantes”, diz Steffen.