Uma nova pesquisa da Universidade do Kansas sobre galáxias distantes, utilizando o Telescópio Espacial James Webb, revela uma formação estelar e um crescimento de buracos negros jamais vistos durante o “meio-dia cósmico” — uma época misteriosa, entre 2 e 3 bilhões de anos após o Big Bang, quando galáxias como a Via Láctea passaram por um intenso surto de crescimento.
Os resultados da pesquisa MEGA (MIRI EGS Galaxy and AGN) serão publicados em breve no Astrophysical Journal. No entanto, uma pré-publicação com os achados já está disponível no arXiv (PDF).
De acordo com os pesquisadores da Universidade do Kansas, as galáxias estavam formando novas estrelas de maneira tão intensa durante o meio-dia cósmico que, atualmente, todas as galáxias devem metade de sua massa estelar às estrelas forjadas nesse período.
A equipe da KU está buscando a participação do público para ajudar a determinar as formas das galáxias e identificar fusões galácticas. Qualquer pessoa pode classificar galáxias no projeto Cosmic Collisions, disponível na plataforma Zooniverse.
“Nossa meta com este projeto é realizar o maior levantamento com o JWST no infravermelho médio em várias faixas de comprimento de onda,” disse a investigadora principal Allison Kirkpatrick, professora associada de física e astronomia na Universidade do Kansas, que liderou os trabalhos da pesquisa. “Somos o principal levantamento em infravermelho médio feito até hoje. O infravermelho médio é onde a poeira emite radiação, então estamos observando galáxias obscurecidas por poeira. A poeira esconde muitas coisas, e queremos olhar por trás dela. Queremos entender como essas galáxias estão formando estrelas, quantas estrelas estão formando e, especialmente, como os buracos negros em seus centros estão crescendo.”
Usando o poder muito ampliado do JWST no espectro do infravermelho médio, a equipe liderada pela KU observou através dessa poeira cósmica galáxias suficientemente distantes, cuja luz começou sua jornada durante o meio-dia cósmico — há 10 bilhões de anos. O objetivo era aprender mais sobre galáxias com núcleos galácticos ativos (ou seja, buracos negros supermassivos que estão crescendo rapidamente) em um campo profundo rico em galáxias próximo à constelação da Ursa Maior, considerado uma “janela limpa” para observações extragalácticas, chamado de “Extended Groth Strip”.
“A Extended Groth Strip é uma região do céu que se tornou agora um dos principais campos de observação do JWST,” disse Kirkpatrick. “Eu participei da proposta que recebeu os primeiros dados do Telescópio Espacial James Webb. Esse levantamento se chama CEERS — Cosmic Evolution Early Release Science. Recebemos as primeiras imagens do JWST, e elas foram da Extended Groth Strip. Dentro dessa região, conseguimos observar cerca de 10 mil galáxias — mesmo sendo uma área com aproximadamente o diâmetro da Lua.”
A autora principal, Bren Backhaus, pesquisadora de pós-doutorado em física e astronomia na Universidade do Kansas, mergulhou na enorme quantidade de novos dados do JWST e trabalhou com imagens brutas para produzir imagens científicas utilizáveis e informações úteis para a comunidade astronômica.
“Em teoria, uma galáxia pode aparecer em uma imagem e não em outra porque estamos usando filtros diferentes,” disse Backhaus. “É como tirar fotos usando apenas luz vermelha, azul ou verde — o que eventualmente gera imagens muito bonitas. Mas, como o telescópio se move levemente, as imagens ficam um pouco desalinhadas entre si. O primeiro passo é simplesmente receber as imagens. O próximo passo envolve corrigir problemas conhecidos do telescópio. Por exemplo, há um risco conhecido que aparece em todas as imagens, e também há pixels mortos. A primeira tarefa é corrigir isso ou, pelo menos, dizer ao software para ignorar esses pixels.”
Em seguida, Backhaus alinhou as imagens separadas, criando uma referência para como elas deveriam se sobrepor. O passo final foi combinar corretamente as imagens umas com as outras.
“Fiz tudo isso para criar nossas imagens prontas para análise científica,” disse Backhaus. “Depois, meu próximo objetivo foi montar um catálogo — medir a quantidade de luz e registrar quanta luz está passando por determinado filtro, para dar suporte à nossa publicação maior. Esse foi meu trabalho principal com os dados, e fiquei muito empolgada porque nunca tinha trabalhado com dados de fotometria antes. Isso realmente expandiu meu conjunto de habilidades — e eu pude ver galáxias incríveis antes de todo mundo.”
Até agora, a colaboração liderada pela Universidade do Kansas já registrou 67 horas comandando o Telescópio Espacial James Webb. O projeto foi recentemente aprovado para mais um ciclo, o que equivale a cerca de 30 horas adicionais de tempo de observação. Os dados serão usados inicialmente na KU para pesquisas e treinamento, antes de serem disponibilizados ao público.
“Esta é a maior quantidade de dados do JWST que conseguimos trazer para a KU com um(a) pesquisador(a) principal aqui, o que significa que os estudantes da KU têm uso exclusivo desses dados por enquanto,” disse Kirkpatrick. “Ainda não são públicos. A forma como o tempo de telescópio funciona é a seguinte: como muito esforço é necessário para escrever uma proposta, é concedido um ano de uso exclusivo dos dados. Depois disso, eles são liberados para um banco de dados público, mas apenas como dados brutos. Qualquer pessoa pode acessá-los, mas teria que fazer todo o processamento por conta própria — algo que, no nosso caso, levou meses.”
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Por ora, apenas pesquisadores de física e astronomia da KU podem acessar “esse conjunto de dados maravilhoso”, afirmou Kirkpatrick. As pesquisas em andamento incluem encontrar galáxias que podem ser ancestrais de galáxias semelhantes à Via Láctea — visíveis pela primeira vez no infravermelho médio graças ao projeto MEGA —, medir a velocidade com que galáxias formam estrelas e fazem crescer seus buracos negros, e analisar como as galáxias mudam de aparência ao longo do tempo devido a fusões. Todos esses projetos proporcionam aos pesquisadores uma visão sem precedentes de como galáxias como a Via Láctea “cresceram”.
“Todos os meus alunos estão trabalhando nisso,” disse ela. “É algo realmente único para a KU neste momento.”
