JWST: Repensando o Universo Primordial?

Continuando o tema das galáxias com alto desvio para o vermelho, o objeto SPT0418-47 combina muito bem com o artigo de 24/02/2023 “Desvio para o vermelho extremos? Prossiga com cautela” sobre as galáxias de 13,5 bilhões de anos, estudadas por Joel Leja, da Penn State, e seus colegas. Nesse caso, a questão consiste na aparente maturidade desses objetos em uma idade tão precoce no universo.

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acb59c
Figura 1 – Esquerda: Pseudo-imagem de banda estreita Hα (Hidrogênio Alfa) do sistema SPT0418, média dos canais, incluindo a emissão Hα no cubo espectral original. O anel fortemente cristalizado e as duas fontes recém-descobertas (SE-1 e SE-2) são destacados por um anel vermelho e elipses cinza e preto, marcados como “A”, “B” e “C”, respectivamente. A galáxia em lente é mostrada como a fonte brilhante central. O contínuo de 835 μm é plotado como os contornos pretos finos, com os níveis 2, 4, 8, 16, 32 × σ onde σ = 56,7 μJy feixe −1. Direita: os espectros das três fontes integradas nas regiões destacadas no painel esquerdo, usando o mesmo esquema de cores. O espectro do anel é dimensionado por um fator de 0,1 para maior clareza. A pequena barra preta abaixo da linha Hα marca a cobertura do comprimento de onda da imagem pseudo-estreita. As linhas potencialmente detectadas são marcadas por linhas pontilhadas verticais. Crédito: The Astrophysical Journal Letters (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acb59c. Bo Peng et al.

O artigo em questão, publicado em The Astrophysical Journal Letters, vem de uma equipe liderada por Bo Peng da Cornell University. Ele também usa dados do JWST, neste caso visando uma galáxia nunca vista anteriormente, o instrumento captou a luz de primeiro plano da galáxia SPT0418-47. Em ambos os casos, estamos vendo dados que desafiam a compreensão convencional das condições nesta era remota. Isso é evidência, mas de quê? Estamos errados sobre os fundamentos da formação de galáxias? Precisamos recalibrar os modelos que usamos para entender a astrofísica em alto desvio para o vermelho (redshift)?

SPT0418-47 é a galáxia observada pelo JWST, um assunto intrigante por si só. Esta é uma galáxia infantil ainda formando estrelas no início do universo, observável através da curvatura de sua luz por uma galáxia em primeiro plano para formar um anel de Einstein. Em outras palavras, estamos vendo lentes gravitacionais em ação aqui, ampliando a luz da jovem galáxia, da qual podem ser extraídas informações sobre o objeto primordial. E dentro dessa luz, os astrônomos encontraram agora uma segunda galáxia que se manifestou em dois lugares no anel.

Os dados do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) não poderiam fazer mais do que sugerir a existência da galáxia de fundo, mas trabalhando com dados espectrais do instrumento NIRSpec do JWST, Bo Peng descobriu a nova fonte de luz dentro do anel de Einstein. A descoberta inesperada foi uma galáxia sendo gravitacionalmente ampliada pela mesma galáxia em primeiro plano que tornou a SPT0418-47 disponível para estudo, embora consideravelmente mais fraca.

O que chama a atenção aqui é a análise da composição química da luz da nova galáxia, que mostra fortes linhas de emissão de átomos de hidrogênio, nitrogênio e enxofre cujo desvio para o vermelho mostrou que o objeto tinha cerca de 10% da idade do universo. A nova galáxia, apelidada de SPT0418-SE, parece estar perto o suficiente de SPT0418-47 para que as duas galáxias interajam uma com a outra, tornando a dupla um estudo de caso para fusões galácticas. Tudo isso é útil, mas aqui novamente nos deparamos com um problema fascinante. A galáxia recém-descoberta mostra níveis de metalicidade comparáveis ​​ao nosso Sol.

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acb59c/pdf
Figura 3. Mosaico das imagens NIRCam e MIRI subtraídas pela lente na faixa de comprimento de onda λobs = 1:15 – 10 μm, correspondente a um descanso λ = 0:22 – 1:9 μm. O filtro está mostrado como o título de cada estampa. As imagens foram orientadas e recortadas para se ajustar de acordo com as estampas das imagens anteriores, assim como as regiões destacadas e o esquema de cores. O mapa de cores foi ajustado manualmente para aumentar os contrastes das fontes fracas. Créditos: Bo Peng et al.

Trata-se de um enigma. O Sol baseou-se em gerações estelares anteriores para construir elementos mais pesados ​​que o hélio e o hidrogênio, e o Sol tem aproximadamente 4,6 bilhões de anos. Amit Vishwas (Cornell Center for Astrophysics and Planetary Sciences) é o coautor do artigo e disse:

Estamos vendo as sobras de pelo menos algumas gerações de estrelas que viveram e morreram nos primeiros bilhões de anos da existência do universo, o que não é o que normalmente vemos. Especulamos que o processo de formação de estrelas nessas galáxias deve ter sido muito eficiente e iniciado muito cedo no universo, particularmente para explicar a abundância medida de nitrogênio em relação ao oxigênio, já que essa proporção é uma medida confiável de quantas gerações de estrelas têm viveu e morreu.

Amit Vishwas
https://www.eso.org/public/news/eso2013/
Com o auxílio do ALMA, do qual o ESO é parceiro, os astrónomos observaram uma galáxia muito distante e consequentemente muito jovem, bastante parecida com a nossa Via Láctea. Esta galáxia, SPT0418-47, sofre do efeito de lente gravitacional devido à existência de uma galáxia mais próxima de nós alinhada com ela, aparecendo-nos no céu como um anel de luz quase perfeito. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rizzo et al.

Mas vamos voltar um pouco, pois estamos olhando para duas galáxias primitivas, e é intrigante que SPT0418-47, a primeira delas, mostre suas próprias anomalias. Os dados do ALMA permitem que os astrônomos vejam que, embora tenha 12 bilhões de anos, esse objeto tem uma estrutura mais madura do que seria de esperar. Nenhum braço espiral é aparente, mas um disco giratório e uma protuberância são encontrados, com estrelas compactadas firmemente ao redor do centro galáctico. Simona Vegetti (Instituto Max Planck de Astrofísica), coautora do artigo de 2020 sobre SPT0418-47 (“A dynamically cold disk galaxy in the early Universe”), disse o seguinte há três anos:

O que descobrimos foi bastante intrigante; apesar de formar estrelas em alta velocidade e, portanto, ser o local de processos altamente energéticos, o SPT0418-47 é o disco de galáxias mais bem ordenado já observado no início do Universo. Este resultado é bastante inesperado e tem implicações importantes para a forma como pensamos que as galáxias evoluem.

Simona Vegetti

Assim, a nova galáxia, SPT0418-SE, acrescenta evidências anteriores de que o universo primitivo era consideravelmente menos caótico do que pensávamos. O novo artigo resume o problema com referência às linhas de emissão inesperadamente fortes encontradas nos dados:

Este estudo espectroscópico de uma galáxia z > 4 abre muitas questões, incluindo o arranjo espacial e a distribuição estelar/gás/metalicidade da companheira; a hipótese de fusão de SPT0418-47; o halo de matéria escura do sistema; a superdensidade desse campo potencialmente lotado; conciliando as relativamente altas abundâncias químicas com o curto tempo de formação e a moderada massa estelar para todo o sistema; e interpretar as pequenas luminosidades [N ii] 122 e 205 μm no contexto de um campo de radiação suave e/ou um alto N/O.

Bo Peng et al.

Mas, novamente, relembramos aquela nota de cautela do alto desvio para o vermelho (redshift) mencionada em 24/02/2023:

Tentamos reconciliar a alta metalicidade neste sistema invocando o início precoce da formação estelar com alta eficiência contínua de formação estelar ou sugerindo que o diagnóstico óptico de linha forte precisa de revisão em alto desvio para o vermelho. Sugerimos que SPT0418-47 resida em um enorme halo de matéria escura com vizinhos ainda a serem descobertos.

Claramente, os cientistas estarão olhando atentamente para como os alvos de alto desvio para o vermelho são interpretados, mesmo enquanto continuam a formular hipóteses sobre os mecanismos astrofísicos e a eficiência da formação de estrelas para explicar objetos aparentemente maduros nesta era inicial. O jogo está em andamento, como costumava dizer Sherlock Holmes, e estamos muito longe de chegar a conclusões definitivas. Os dados começarão a chegar rápido e furiosos à medida que continuamos minerando o JWST e usando o ALMA para examinar o universo neste estágio inicial, como testemunha a imagem abaixo, Ela nos mostra outro objeto notável, o GHZ2/GLASS-z12.

https://www.centauri-dreams.org/2023/02/28/re-thinking-the-early-universe/
O conjunto de radiotelescópios ALMA identificou a idade cósmica exata de uma galáxia distante identificada pelo JWST, GHZ2/GLASS-z12, 367 milhões de anos após o Big Bang. As profundas observações espectroscópicas do ALMA revelaram uma linha de emissão espectral associada ao oxigênio ionizado perto da galáxia, que foi deslocada em sua frequência observada devido à expansão do Universo desde que a linha foi emitida. Esta observação confirma que o JWST é capaz de registrar distâncias e anuncia um salto em nossa capacidade de entender a formação das primeiras galáxias do Universo. Créditos: NASA / ESA / CSA / T. Treu, UCLA / NAOJ / T. Bakx, Nagoya U.

O artigo científico, assinado por Bo Peng et al., intitulado “Discovery of a Dusty, Chemically Mature Companion to a z ∼ 4 Starburst Galaxy in JWST ERS Data” está disponível em The Astrophysical Journal Letters 944 No. 2 L36 (17 de fevereiro de 2023).

O artigo sobre SPT0418-47 é de Rizzo et al., “A dynamically cold disk galaxy in the early Universe”, está disponível na Nature 584 (12 de agosto de 2020), pp.

O artigo sobre GHZ2/GLASS-z12 é de Bakx et al., “Deep ALMA redshift search of a z 12 GLASS-JWST galaxy candidate” foi publicado em Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Volume 519, edição (4 de março de 2023), pp.

Fonte

Centauri Dreams: Re-thinking the Early Universe? por Paul Gilster

._._.

2210.16968-Discovery-of-a-Dusty-Chemically-Mature-Companion-to-a-z-∼-4-Starburst-Galaxy-in-JWST-ERS-Data

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