A NASA divulgou uma imagem espetacular para celebrar o Telescópio James Webb

Hoje, 365 dias depois que a NASA lançou o primeiro lote de dados e imagens da missão, está claro que o JWST pode produzir cenas científicas e de beleza com igual paixão. A NASA marca o primeiro aniversário da estreia científica do JWST ao divulgar uma nova imagem, demonstrando a capacidade do telescópio de reimaginar o universo. A imagem dramática, um tanto alucinatória, captura a atividade do complexo de nuvens Rho Ophiuchi, a região de formação estelar mais próxima da Terra, onde sistemas planetários como o nosso podem estar nos estágios iniciais de formação.

“O telescópio está funcionando melhor do que esperávamos”, disse a astrofísica da NASA Jane Rigby, que se tornou cientista sênior do projeto JWST no início deste mês.

Rigby disse que a comunidade científica foi um pouco conservadora no planejamento da agenda para o primeiro ano de observações, mas no próximo ano a Science aproveitará ao máximo o que o telescópio pode fazer. “Estamos ficando mais ousados ​​no segundo ano.”

A jornada do JWST ao redor do Sol não foi sem lombadas. O primeiro ano de operações científicas incluiu uma breve pausa na coleta de dados por motivos de segurança e uma colisão de parar o coração com a poeira espacial que forçou os gerentes de projeto a voar o observatório mais ou menos para trás a partir de agora.

Mas os cientistas que trabalham com os dados baixados do telescópio estão entusiasmados com seu desempenho, que analisa a parte infravermelha do espectro, coletando luz que seu antecessor, o Telescópio Espacial Hubble, não conseguia.

A grande manchete até agora é que o JWST detectou algumas galáxias surpreendentemente brilhantes no início do universo. Foi um pouco confuso.

Não, o JWST não refuta a teoria do Big Bang. A cosmologia não segue o caminho da frenologia. Mas as observações de tanta luz desde os estágios iniciais da formação da galáxia levaram a alguns questionamentos. Observação e teoria não estão bem alinhadas.

“Acho que há uma tensão”, disse o físico líder da missão JWST, Massimo Stiavelli, do Space Telescope Science Institute, em Baltimore. “É inegável porque as coisas são diferentes do que pensávamos.”

Principais descobertas do JWST

O JWST foi criado no final dos anos 1980 como sucessor do ainda não lançado Hubble, mas enfrentou anos de atrasos e um encontro de quase morte com legisladores com orçamento limitado. É um investimento de US$ 10 bilhões. Ele não foi projetado com recursos modulares que permitem a substituição de peças se algo der errado.

E está nas profundezas do espaço, em uma órbita gravitacionalmente estável ao redor do Sol chamada L2, a cerca de um milhão de milhas da Terra. Atualmente, a NASA não tem ônibus para transportar astronautas para L2 e vice-versa.

Tudo isso reforça a felicidade dos cientistas de que o telescópio esteja funcionando conforme o planejado.

Para um telescópio deste tipo, um ano é muito. Os espelhos do telescópio devem estar muito frios e não podem ser apontados para qualquer lugar perto do Sol, então não espere ver nenhuma imagem bonita do JWST de Vênus. Mas uma órbita completa dá ao telescópio a oportunidade de cobrir grande parte do universo.

O JWST, lançado na manhã de Natal de 2021, na verdade fez uma órbita e meia, mas os primeiros seis meses foram dedicados ao uso de sua enorme matriz banhada a ouro. Espelhos hexagonais e um amplo guarda-sol para mantê-los frescos, além de afinar seus instrumentos.

A luz coletada por esses espelhos carrega informações sobre muitas camadas do universo, desde galáxias distantes, fracas e quase imperceptíveis até as galáxias mais ativas em primeiro plano e as nuvens de poeira e gás formadoras de estrelas dentro de nossa própria Via Láctea. E olha para nossa vizinhança imediata, o Sistema Solar, enviando de volta imagens dignas de pôsteres de Júpiter e Saturno repletas de dados científicos.

O universo inicial é onde o JWST fez algumas de suas investigações mais interessantes e às vezes desconcertantes. O objetivo é entender como o universo primitivo se formou, como as galáxias se formaram e como chegamos onde estamos – em um planeta orbitando uma estrela em um dos braços espirais de uma grande galáxia.

“Nossa casa é a Via Láctea”, disse o astrofísico teórico Brandt Robertson, da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz. “É uma galáxia. É uma bela constelação. Podemos tirar fotos de dentro. Mas isso levanta a questão: como ele chegou aqui? Como isso aconteceu?

É sobre essa arqueologia cósmica que o JWST foi construído em primeiro lugar. Uma característica estranha do universo é que a luz é eterna. Ela desaparece, mas ainda está lá, incluindo a luz mais antiga, fortemente deslocada para a parte infravermelha do espectro pela expansão do espaço que ocorreu após o Big Bang. Astrofísicos podem escanear muito mais usando o JWST Galáxias com alto desvio para o vermelho cavam ainda mais fundo no passado.

Robertson foi co-autor de um dos dois artigos recentes que o descrevem A galáxia mais distante já detectada e confirmada pelo JWST chama-se JADES-GS-Z13-0. Foi descoberto no redshift 13.2, que corresponde a cerca de 320 milhões de anos após o Big Bang. Existem alegações de possíveis galáxias com desvios para o vermelho mais altos, mas elas aguardam confirmação, disse ele.

Questionado sobre como era a galáxia, ele disse: “É uma bolha”.

Mas e se você pudesse de alguma forma entrar em uma nave espacial, transportar-se através de vários buracos de minhoca para o passado distante e orbitar próximo a essa galáxia? Então, como será?

“Se você puder estar próximo a ela, a galáxia ficará muito azul aos seus olhos porque está formando estrelas”, disse Robertson. “Seria muito azul brilhante no início do universo.”

Um enigma sobre os primeiros tempos

Agora, os astrônomos que analisam os dados JWST do início do universo descobriram algo que desafia as expectativas: muito Diferentes galáxias brilhantes.

A luminosidade é uma aproximação da massa. As galáxias mais brilhantes, portanto, são geralmente consideradas as mais massivas. Mas as galáxias levam tempo para crescer. Os teóricos desenvolveram anteriormente uma linha do tempo geral para a evolução das primeiras galáxias, e as detectadas pelo JWST parecem à primeira vista ser notavelmente maduras para sua idade.

O JWST pode estar dizendo aos cientistas que a formação de galáxias no início do universo foi de alguma forma mais eficiente do que se sabia anteriormente.

“Temos que fazer alguns ajustes em nossas teorias de como essas primeiras galáxias se formaram e desenvolveram suas estrelas”, disse ele. Jayhan Kurtaldeb, astrofísico do Rochester Institute of Technology.

“Nada do que vimos nos faz pensar que quebramos a cosmologia”, disse Rigby. “O que isso nos diz é que as galáxias se fundiram antes de lhes darmos crédito por suas ações.”

Para aqueles de nós que não são astrofísicos, os buracos negros podem ser outro fator na luminosidade dessas primeiras galáxias. Embora um buraco negro, por definição, seja um sistema com um campo gravitacional tão intenso que nem mesmo a luz consegue escapar, a região ao redor do buraco negro brilha à medida que o gás e a poeira esquentam e caem em direção ao horizonte de eventos.

No ano passado, Rebecca Larson, então estudante de doutorado na Universidade do Texas em Austin, notou algo estranho. Quando ele examinou dados da galáxia mais distante chamada CEERS 1019. Light – 13 bilhões de anos atrás – quando o universo estava rolando e as galáxias eram minúsculas conchas de estrelas quentes, jovens e azuis brilhantes.

Larson ficou intrigado com a luz excepcionalmente brilhante vinda do centro do CEERS 1019. “que crueldade?” ela pensou.

Ela adivinhou – corretamente – como um buraco negro supermassivo. A galáxia, embora jovem, já conseguiu criar um buraco negro que os cientistas estimam ter uma massa igual a 10 milhões de sóis. O relatório de Larsen e seus colegas o descreve como o primeiro buraco negro supermassivo ativo já detectado.

Animado com exoplanetas

No ano passado, começou a mostrar que o JWST é uma “potência espectroscópica”, nas palavras do astrofísico Garth Illingworth. Ele provou ser incrível em captar os espectros de luz que coleta, que contêm informações sobre o objeto observado.

Essa habilidade rendeu uma das primeiras grandes descobertas do telescópio: dióxido de carbono na atmosfera de um planeta gigante, WASP 39b, orbitando uma estrela distante. O próprio planeta não é visível com a tecnologia atual. Mas conforme ele passa na frente ou atrás de sua estrela-mãe, mudanças na luz estelar codificam informações sobre a atmosfera do planeta.

Até o JWST, ninguém havia detectado com segurança dióxido de carbono na atmosfera de um exoplaneta, disse a astrofísica da NASA Nicole Colon.

“Vimos a assinatura espectral desse recurso pela primeira vez e foi lindo”, disse ele. “Isso nos atingiu na cara. E aqui está esse sinal incrível, foi demais.

Para ser claro, os cientistas que olham para os espectros estão olhando para apresentações gráficas dos dados, não para imagens reais. Larson, que descobriu o buraco negro supermassivo, ficou tão comovido com a assinatura espectral de uma região central brilhante naquela galáxia que, como ele disse, “nunca pensei que veria imagens reais do JWST”.

Foi então que Kurtaldeb mostrou a ela a imagem da constelação através do telescópio. Surpreendentemente, a galáxia tinha três pontos brilhantes, com um ponto particularmente brilhante no meio. Esse é o maior buraco negro de Larson.

“Comecei a chorar”, disse ela.