Jake Summer, Jordan C. J. D'Silva, Anton M. Koekemoer, Aaron Robotham, Rogier Windhorst, NASA, ESA, CSA
Composição colorida de PEARLSDG feita com dados do instrumento NIRCAM (Near-InfraRed Camera) do Telescópio Espacial James Webb. As estrelas individuais são visíveis como pequenos pontos de luz. A sua cor algo baça e a ausência de muitas estrelas brilhantes é consistente com a sua idade avançada e a falta de formação estelar em curso.
Uma equipa de astrónomos liderada por Tim Carleton, investigador assistente da Universidade do Estado do Arizona, descobriu uma galáxia anã que apareceu nas imagens do Telescópio Espacial James Webb e que não era o alvo principal da observação.
As galáxias estão unidas pela gravidade e são constituídas por estrelas e planetas, com vastas nuvens de poeira e gás, bem como matéria escura.
As galáxias anãs são as galáxias mais abundantes no Universo. Por definição, são pequenas e têm baixa luminosidade. Têm menos de 100 milhões de estrelas, enquanto a Via Láctea, por exemplo, tem quase 200 mil milhões de estrelas.
Observações recentes da abundância de “galáxias ultradifusas” para lá do alcance de grandes levantamentos espetroscópicos anteriores sugerem que a nossa compreensão da população de galáxias anãs pode estar incompleta.
Num estudo recente, Tim Carleton e a sua equipa estavam inicialmente a observar um enxame de galáxias como parte do projeto PEARLS (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science) do Telescópio Espacial James Webb.
A galáxia anã, PEARLSDG, apareceu em algumas das imagens do JWST obtidas pela equipa. Não era de todo o alvo – estava apenas um pouco afastada do campo de observação principal, numa zona do espaço onde não esperavam ver nada.
Os resultados do estudo foram apresentados num artigo publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.
PEARLSDG não tinha as características habituais que se esperaria ver numa galáxia anã. Não está a interagir com uma galáxia próxima, mas também não está a formar novas estrelas. Trata-se, afinal, de um caso interessante de uma galáxia isolada e quiescente.
“Este tipo de galáxias anãs isoladas e quiescentes não tinha sido visto antes, à exceção de relativamente poucos casos. A sua existência não é esperada, tendo em conta a nossa compreensão atual da evolução das galáxias, por isso o facto de estarmos a ver este objeto ajuda-nos a melhorar as nossas teorias sobre a formação galáctica”, disse Carleton.
“Geralmente, as galáxias anãs que existem por si só continuam a formar novas estrelas”, acrescenta o investigador.
Até agora, a compreensão dos astrónomos sobre a evolução das galáxias mostrava uma galáxia isolada que continuava a formar estrelas jovens ou interagia com uma galáxia companheira mais massiva.
Esta teoria não se aplicou a PEARLSDG, que se apresenta com uma população estelar antiga, não formando novas estrelas e mantendo-se isolada.
Mais uma surpresa: nas imagens do JWST, obtidas pela equipa, podem ser observadas estrelas individuais. Estas estrelas são mais brilhantes nos comprimentos de onda do Webb; é uma das galáxias mais distantes em que podemos ver estas estrelas com este nível de pormenor.
O brilho destas estrelas permite aos astrónomos medir a sua distância – 98 milhões de anos-luz.
Para este estudo, Carleton, que é investigador no Centro Beus para as Fundações Cósmicas na Escola da Terra e da Exploração do Espaço na Universidade do Estado do Arizona, e a sua equipa utilizaram uma vasta gama de dados.
Estes incluem dados do instrumento NIRCam (Near-InfraRed Camera) do JWST; dados espectroscópicos do DOS (DeVeny Optical Spectrograph) do LDT (Lowell Discovery Telescope) em Flagstaff, no estado norte-americano do Arizona; imagens de arquivo dos telescópios espaciais GALEX e Spitzer da NASA; e imagens terrestres do SDSS (Sloan Digital Sky Survey) e do DECaLS (Dark Energy Camera Legacy Survey).
O NIRCam do JWST tem uma resolução angular e sensibilidade muito elevadas, permitindo à equipa identificar estrelas individuais nesta galáxia distante. Tal como células individuais focadas num microscópio, estas observações permitiram focar nos componentes de PEARLSDG.
É importante notar que a identificação de estrelas específicas na imagem forneceu uma pista chave para a sua distância – estas estrelas têm um brilho intrínseco específico, pelo que, ao medir o seu brilho aparente com o Webb, a equipa foi capaz de determinar a sua distância. Estas estrelas são algumas das mais distantes estrelas do seu tipo a serem observadas.
Todos os dados das imagens de arquivo, observados nos comprimentos de onda ultravioleta, ótico e infravermelho, foram reunidos para estudar a cor de PEARLSDG.
As estrelas recém-formadas têm uma assinatura de cor específica, pelo que a ausência de tal assinatura foi usada para mostrar que PEARLSDG não estava a formar novas estrelas.
O DOS do LDT espalha a luz dos objetos astronómicos em componentes distintos, permitindo aos astrónomos estudar em pormenor as suas propriedades.
Por exemplo, a mudança específica de comprimento de onda, observada nas características dos dados espectroscópicos, codifica informação sobre o movimento de PEARLSDG, usando o mesmo “efeito doppler” que os radares usam para medir a velocidade dos condutores nas estradas.
Isto foi fundamental para mostrar que PEARLSDG não está associada a nenhuma outra galáxia e está verdadeiramente isolada.
Além disso, determinadas características do espetro são sensíveis à presença de estrelas jovens, pelo que a ausência dessas características corroborou ainda mais as medições da ausência de estrelas jovens dos dados de imagem.
“Isto estava absolutamente contra as expetativas das pessoas para uma galáxia anã como esta”, disse Carleton.
Esta descoberta altera a compreensão dos astrónomos acerca da forma como as galáxias se formam e evoluem. Sugere a possibilidade de que muitas galáxias isoladas e quiescentes estão à espera de serem identificadas e que o JWST tem as ferramentas para o fazer.
A investigação foi apresentada numa conferência de imprensa do 243.º Encontro da Sociedade Astronómica Americana no passado mês de janeiro.
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