Onde nascem as novas estrelas? O telescópio Webb vai investigar

NASA / ESA / A. Koekemoer / M. Jauzac / C. Steinhardt / BUFFALO team

Quando se trata de produzir novas estrelas, a “festa” está no fim para o Universo atual. Na verdade, está quase no fim há milhares de milhões de anos.

A nossa Via Láctea continua a formar o equivalente a um Sol todos os anos. Mas, no passado, esse ritmo era até 100 vezes maior. De modo que se quisermos realmente entender como as estrelas como o nosso Sol se formaram no Universo, precisamos de olhar milhares de milhões de anos para o passado.

Usando o Telescópio Espacial James Webb da NASA como uma espécie de máquina do tempo, uma equipa de investigadores pretende fazer exatamente isso.

Liderada pela investigadora Jane Rigby do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland, e por Joaquin Vieira da Universidade de Illinois, Champaign, a equipa aproveitará os telescópios naturais e cósmicos chamados lentes gravitacionais. Estes grandes objetos celestes ampliam a luz de galáxias distantes que estão no pico da formação estelar.

O fenómeno das lentes gravitacionais ocorre quando uma enorme quantidade de matéria, como uma galáxia gigante ou enxame galáctico, cria um campo gravitacional que distorce e amplia a luz de objetos por trás, mas na mesma linha de visão. O efeito permite que os cientistas estudem os detalhes das primeiras galáxias demasiado longe para serem vistas de outra forma, mesmo com os telescópios espaciais mais poderosos.

“Estamos a estudar quatro galáxias que parecem muito, muito mais brilhantes do que realmente são, porque foram ampliadas até 50 vezes. Usaremos lentes gravitacionais para estudar como essas galáxias estão a formar as suas estrelas, e como essa formação estelar é distribuída pelas galáxias,” explicou Rigby.

“O lado bom de usar fontes que sofrem o efeito de lente gravitacional é que é como uma lupa cósmica, onde a galáxia é esticada, aumentando assim a resolução do seu telescópio,” explicou Vieira.

O programa tem o nome TEMPLATES (Targeting Extremely Magnified Panchromatic Lensed Arcs and Their Extended Star Formation). Embora TEMPLATES seja um acrónimo, o seu significado é mais profundo. A palavra “template” pode ser traduzida para português como “modelo”, uma palavra que se refere a algo usado como padrão, molde ou guia para projetar ou construir itens semelhantes.

“Queremos tornar estas quatro galáxias em alvos incrivelmente bem estudados, para que outros investigadores do Webb possam usá-las como modelos, ou bons exemplos, quando trabalharem para entender os dados de um grande número de galáxias que são muito mais fracas,” disse Rigby.

Como os alvos foram escolhidos

Uma das principais razões pelas quais estas quatro galáxias foram escolhidas é porque são muito brilhantes, facilitando o estudo. “Todas estas galáxias estão a formar furiosamente estrelas,” acrescentou Vieira.

Estes alvos também representam grande parte da variedade de galáxias no Universo em termos de quão empoeiradas são, quão brilhantes são e quantas estrelas já fabricaram. Os astrónomos chamam as galáxias de “empoeiradas” quando as suas imagens mostram manchas escuras, muitas vezes difusas, que vêm da poeira da galáxia que bloqueia a luz estelar.

Duas das galáxias são muito empoeiradas, e duas delas não o são. As duas galáxias empoeiradas são, cada uma delas, ampliadas por uma outra galáxia. As duas galáxias que não parecem ter poeira são ampliadas por enxames de galáxias.

Das galáxias com muita poeira, os cientistas têm uma imagem de como as galáxias evoluíram. De levantamentos de galáxias sem poeira, têm uma imagem diferente. Essas imagens nem sempre correspondem. Espera-se que o Webb forneça uma história mais completa da formação estelar, pois tem sensibilidade para ver a luz da poeira aquecida por estrelas jovens – mesmo em galáxias que não têm muita poeira – bem como a sensibilidade para ver luz visível até das galáxias empoeiradas.

A equipa do programa TEMPLATES vai usar três dos quatro instrumentos a bordo do Webb, bem como muitos dos filtros e configurações do telescópio, para obter o máximo de dados possível destas galáxias. Além de obter fotos, a equipa vai usar espectroscopia, uma técnica que revela a composição química das galáxias, como o gás está a mover-se e quão denso e quente esse gás é.

O Webb vai permitir que a equipa faça essas medições em cada galáxia. “É como uma dissecação,” explicou Rigby. “Vamos separar cada pedaço da galáxia, em vez de obter apenas uma medição média.”

Desbloqueando os mistérios da formação estelar

A equipa TEMPLATES tem quatro objetivos principais:

  • Medir quantas novas estrelas estão a formar-se, para determinar com que rapidez as galáxias formam estrelas. Ao fazer diferentes tipos de medições de ritmos de formação estelar para as quatro galáxias, a equipa planeia ver como concordam ou discordam uma das outras. Por meio de verificações cruzadas, a equipa determinará se estas galáxias estão, ou não, em formação estelar vigorosa, ou se apenas formam uma estrela ocasionalmente;
  • Mapear o ritmo de formação estelar nestas galáxias. Os cientistas não sabem muito sobre onde as estrelas se formam nas galáxias durante a maior parte do tempo cósmico. O mapeamento da formação estelar em galáxias no Universo próximo é relativamente fácil, mas é muito mais difícil para galáxias distantes. Observando no passado distante, as galáxias longínquas parecem muito pequenas no céu e as características individuais não podem ser resolvidas. De modo que os cientistas não têm uma boa compreensão de onde as estrelas se formaram nas galáxias do Universo inicial;
  • Comparar as populações estelares jovens e velhas. Os cientistas vão medir as estrelas mais antigas – estrelas que vivem milhares de milhões de anos, como o Sol. Vão determinar onde essas estrelas residem, dentro de uma galáxia, o que irá informá-los sobre o passado da formação estelar. Poderão depois comparar esses dados com o local onde as novas estrelas estão a formar-se. Isto revelará como a formação estelar mudou nas galáxias com o passar do tempo e responderá a algumas questões básicas sobre como as galáxias crescem. Por exemplo, constroem-se de dentro para fora ou de fora para dentro?
  • Medir as condições do gás dentro destas galáxias. Os cientistas determinarão quanto da tabela periódica estas galáxias já construíram – por exemplo, quanto carbono, oxigénio e azoto contêm. Vão também medir outras condições físicas como a densidade do gás.

Ajudando outros investigadores a entender o Webb

As observações da equipa farão parte do programa Científico Discricionário Inicial do Diretor, que fornece tempo para projetos selecionados no início da missão do telescópio. Este programa permite que a comunidade astronómica aprenda rapidamente a melhor maneira de usar as capacidades do Webb, ao mesmo tempo que produz ciência robusta.

A equipa também está a ajudar outros investigadores a entender a melhor maneira de obter dados com este telescópio.

“O TEMPLATES apenas arranha a superfície do que podemos fazer com o Webb,” continuou Rigby. “Definitivamente não será a última palavra – é uma das primeiras palavras do que este telescópio será capaz de fazer, como podemos entender as galáxias. O que estamos a fazer com o TEMPLATES é que queremos ter a certeza de que estamos a começar esta missão com o ‘pé direito’ para realmente entender como aproveitar ao máximo as incríveis capacidades do Webb.”

O Telescópio Espacial James Webb será o principal observatório científico espacial do mundo quando for lançado em 2021. Vai resolver mistérios do nosso Sistema Solar, olhar para mundos distantes em torno de outras estrelas e investigar as misteriosas estruturas e origens do nosso Universo e o nosso lugar nele. O Webb é um projeto internacional liderado pela NASA e pelos seus parceiros, a ESA e a Agência Espacial Canadiana.

CCVAlg // CCVAlg

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