3 anos de James Webb: recordamos as descobertas chocantes deste telescópio
Há pouco mais de três anos, assistimos ao lançamento do Telescópio Espacial James Webb (JWST), o maior e mais potente telescópio que o Homem alguma vez enviou para o espaço.
Explorou o nosso sistema solar, estudou as atmosferas de planetas distantes em busca de sinais de vida e sondou as profundezas mais longínquas para encontrar as primeiras estrelas e galáxias formadas no Universo.
Eis o que o JWST nos ensinou sobre o início do Universo desde o seu lançamento, a 25 de dezembro de 2021, - e os novos mistérios que desvendou.
Monstros azuis assustadores
O JWST alargou os limites até onde podemos olhar para o Universo para encontrar as primeiras estrelas e galáxias. Com a atmosfera da Terra fora do caminho, a sua localização no espaço cria as condições perfeitas para perscrutar as profundezas do cosmos com luz infravermelha.
O atual recorde da galáxia mais distante confirmado pelo JWST remonta a uma época em que o Universo tinha apenas cerca de 300 milhões de anos. Surpreendentemente, dentro deste 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 início do Universo era extremamente eficiente e que esta galáxia não é a única. Quando as galáxias crescem, as suas estrelas explodem, criando poeira. Quanto maior a galáxia, mais poeira ela tem.
Esta poeira faz com que as galáxias pareçam vermelhas porque absorve a luz azul. Mas aqui está o senão: o JWST mostrou que estas primeiras galáxias são chocantemente brilhantes, maciças e muito azuis, sem qualquer sinal de poeira. Isto é um verdadeiro quebra-cabeças.
Há muitas teorias para explicar a natureza estranha destas primeiras galáxias. Será que têm estrelas enormes que simplesmente colapsam devido à gravidade sem sofrerem explosões maciças de supernovas?
Ou será que têm explosões tão grandes que toda a poeira é empurrada para longe da galáxia, expondo um núcleo azul e sem poeira? Talvez a poeira seja destruída devido à intensa radiação destas estrelas exóticas primitivas - ainda não sabemos.
Química invulgar nas primeiras galáxias
As primeiras estrelas foram os principais blocos de construção daquilo que acabou por se tornar vida. O Universo começou apenas com hidrogénio, hélio e uma pequena quantidade de lítio. Todos os outros elementos, desde o cálcio nos nossos ossos até ao oxigénio no ar que respiramos, foram forjados nos núcleos dessas estrelas.
Contêm uma quantidade significativa de azoto, muito mais do que a que observamos no nosso Sol, enquanto a maioria dos outros metais estão presentes em quantidades menores. Este facto sugere a existência de processos em jogo no Universo primitivo 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 totalmente as condições que levaram à nossa existência.
Pequenas coisas que acabaram com a idade das trevas cósmica
Utilizando aglomerados maciços de galáxias como lentes de aumento gigantescas, as câmaras sensíveis do JWST também podem perscrutar as profundezas do cosmos para encontrar as galáxias mais ténues.
Fomos mais longe para encontrar o ponto em que as galáxias se tornam tão ténues que deixam de formar estrelas. Isto ajuda-nos a compreender as condições em que a formação de galáxias chega ao fim.
O JWST ainda não encontrou este limite. No entanto, descobriu muitas galáxias ténues, muito mais do que o previsto, emitindo mais de quatro vezes os fotões energéticos (partículas de luz) que esperávamos.
A descoberta sugere que estas pequenas galáxias podem ter desempenhado um papel crucial no fim da “idade das trevas” cósmica, pouco tempo depois do Big Bang.
O misterioso caso dos pequenos pontos vermelhos
As primeiras imagens do JWST resultaram numa outra descoberta dramática e inesperada. O Universo primitivo era habitado por uma abundância de “pequenos pontos vermelhos”: fontes de cor vermelha extremamente compactas de origem desconhecida.
Inicialmente, pensava-se que eram galáxias maciças e super-densas que não deveriam ser possíveis, mas observações detalhadas efetuadas no ano passado revelaram uma combinação de propriedades profundamente intrigantes e contraditórias.
O gás hidrogénio brilhante está a emitir luz a velocidades enormes, milhares de quilómetros por segundo, características do gás que gira em torno de um buraco negro supermassivo. Este fenómeno, chamado núcleo galáctico ativo, indica normalmente um frenesim alimentar em que um buraco negro supermaciço está a devorar todo o gás à sua volta, crescendo rapidamente.
Mas estes não são os núcleos galácticos ativos mais comuns. Para começar, não emitem quaisquer raios X detetáveis, como normalmente se espera. Ainda mais intrigante é o facto de parecerem ter as características de populações de estrelas.
Poderão estas galáxias ser estrelas e núcleos galácticos ativos ao mesmo tempo? Ou um estádio evolutivo intermédio? Sejam o que forem, os pequenos pontos vermelhos vão provavelmente ensinar-nos algo sobre o nascimento de buracos negros supermassivos e de estrelas nas galáxias.
As galáxias impossivelmente precoces
Para além de galáxias antigas extremamente vivas, o JWST também encontrou cadáveres extremamente mortos: galáxias do Universo primitivo que são relíquias de uma intensa formação estelar na aurora cósmica.
Estes cadáveres tinham sido encontrados pelo Hubble e por telescópios terrestres, mas só o JWST tinha o poder de dissecar a sua luz para revelar há quanto tempo estavam mortos. Descobriu algumas galáxias extremamente maciças (tão maciças como a nossa Via Láctea atual ou mais) que se formaram nos primeiros 700 milhões de anos da história cósmica. Os nossos modelos atuais de formação de galáxias não conseguem explicar estes objetos - são demasiado grandes e formaram-se demasiado cedo.
Os cosmólogos ainda estão a debater se os modelos podem ser adaptados (por exemplo, talvez a formação inicial de estrelas tenha sido extremamente eficiente) ou se temos de reconsiderar a natureza da matéria escura e a forma como esta dá origem aos primeiros objetos em colapso.
O JWST irá revelar muitos mais destes objetos no próximo ano e estudar os existentes com maior detalhe. Os misteriosos pontos vermelhos estavam a esconder-se da nossa vista. Que mais se esconde nas profundezas do cosmos? O telescópio dir-nos-á em breve.
Referências da notícia
Carniani, S., Hainline, K., D’Eugenio, F. et al. Spectroscopic confirmation of two luminous galaxies at a redshift of 14. Nature (2024).
Castellano M., Napolitano L., Fontana A. JWST NIRSpec Spectroscopy of the Remarkable Bright Galaxy GHZ2/GLASS-z12 at Redshift 12.34. The Astrophysical Journal (2024).