Em um novo estudo, cientistas da Universidade do Missouri examinaram o universo em profundidade e encontraram algo inesperado. Usando imagens infravermelhas capturadas pelo poderoso Telescópio Espacial James Webb (JWST) da NASA, eles identificaram 300 objetos que eram mais brilhantes do que deveriam ser.
“Esses objetos misteriosos são candidatos a galáxias no universo primitivo, o que significa que eles podem ser galáxias muito antigas”, disse Haojing Yan, professor de astronomia na Faculdade de Artes e Ciências da Mizzou e coautor do estudo. “Se mesmo alguns desses objetos forem o que achamos que são, nossa descoberta pode desafiar as ideias atuais sobre como as galáxias se formaram no universo primitivo – o período quando as primeiras estrelas e galáxias começaram a se formar.”
Mas identificar objetos no espaço não acontece instantaneamente. É necessário um cuidadoso processo passo a passo para confirmar sua natureza, combinando tecnologia avançada, análise detalhada e um pouco de trabalho de detetive cósmico.
Passo 1: Localizando as primeiras pistas
Os pesquisadores da Mizzou começaram utilizando duas das poderosas câmeras infravermelhas do JWST: a Câmera Infravermelha Próxima e o Instrumento de Infravermelho Médio. Ambas foram projetadas especificamente para detectar a luz dos lugares mais distantes no espaço, o que é fundamental ao estudar o universo primitivo.
Por que infravermelho? Porque quanto mais longe um objeto está, mais tempo a sua luz levou para nos alcançar.
“À medida que a luz dessas galáxias primitivas viaja pelo espaço, ela se estica em comprimentos de onda mais longos – mudando da luz visível para o infravermelho”, disse Yan. “Esse estiramento é chamado de redshift, e nos ajuda a determinar quão longe essas galáxias estão. Quanto maior o redshift, mais longe a galáxia está de nós na Terra, e mais próxima está do início do universo.”
Passo 2: O ‘dropout’
Para identificar cada um dos 300 candidatos a galáxias antigas, os pesquisadores da Mizzou utilizaram um método estabelecido chamado técnica de dropout.
“Ela detecta galáxias de alto redshift procurando objetos que aparecem em comprimentos de onda mais vermelhos, mas desaparecem em comprimentos de onda mais azuis – um sinal de que sua luz viajou por vastas distâncias e tempos”, disse Bangzheng “Tom” Sun, um estudante de doutorado que trabalha com Yan e o autor principal do estudo. “Esse fenômeno é indicativo do ‘Lyman Break’, uma característica espectral causada pela absorção da luz ultravioleta pelo hidrogênio neutro. À medida que o redshift aumenta, essa assinatura se desloca para comprimentos de onda mais vermelhos.”
Passo 3: Estimando os detalhes
Enquanto a técnica de dropout identifica cada um dos candidatos a galáxias, o próximo passo é verificar se eles poderiam estar em “muito” altos redshifts, disse Yan.
“Idealmente, isso seria feito usando espectroscopia, uma técnica que espalha a luz em diferentes comprimentos de onda para identificar assinaturas que permitiriam uma determinação precisa do redshift”, afirmou.
Mas quando os dados espectroscópicos completos não estão disponíveis, os pesquisadores podem usar uma técnica chamada ajuste de distribuição de energia espectral. Este método deu a Sun e Yan uma base para estimar os redshifts de seus candidatos a galáxias – junto com outras propriedades, como idade e massa.
No passado, os cientistas frequentemente pensavam que esses objetos extremamente brilhantes não eram galáxias antigas, mas sim algo que as imitava. No entanto, com base em suas descobertas, Sun e Yan acreditam que esses objetos merecem uma análise mais detalhada – e não devem ser descartados tão rapidamente.
“Mesmo que apenas alguns desses objetos sejam confirmados como pertencentes ao universo primitivo, eles nos forçarão a modificar as teorias existentes sobre a formação de galáxias”, disse Yan.
Passo 4: A resposta final
O teste final usará espectroscopia – o padrão ouro – para confirmar as descobertas da equipe.
A espectroscopia separa a luz em diferentes comprimentos de onda, assim como um prisma divide a luz em um arco-íris de cores. Os cientistas usam essa técnica para revelar a impressão digital única de uma galáxia, que pode dizer como a galáxia é antiga, como se formou e do que é composta.
“Um de nossos objetos já foi confirmado pela espectroscopia como sendo uma galáxia antiga”, disse Sun. “Mas apenas esse objeto não é suficiente. Precisamos fazer confirmações adicionais para afirmar com certeza se as teorias atuais estão sendo desafiadas.”
O estudo, “Sobre os dropout muito brilhantes selecionados usando o instrumento NIRCam do Telescópio Espacial James Webb”, foi publicado no The Astrophysical Journal.