O Telescópio Espacial James Webb e o Telescópio Espacial Hubble da NASA uniram forças para explorar um expansivo aglomerado de galáxias conhecido como MACS0416. A imagem resultante, composta por luz visível e infravermelha, oferece uma das visões mais abrangentes do universo já capturadas. Localizado a aproximadamente 4,3 bilhões de anos-luz da Terra, o MACS0416 é um par de aglomerados de galáxias em colisão, destinado a se fundir e formar um aglomerado ainda maior.
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A imagem revela uma riqueza de detalhes alcançada pela combinação do poder dos dois telescópios espaciais. Ela inclui numerosas galáxias além do aglomerado e diversas fontes que variam ao longo do tempo, provavelmente devido a lentes gravitacionais – a distorção e amplificação da luz de fontes distantes de fundo.
Este aglomerado foi o pioneiro em uma série de visualizações superprofundas e sem precedentes do universo a partir do ambicioso programa colaborativo do Hubble chamado “Frontier Fields”, iniciado em 2014. O Hubble liderou a busca por algumas das galáxias mais fracas e jovens já detectadas. A visão infravermelha do Webb amplifica significativamente essa visão profunda, explorando ainda mais o universo primordial.
A cobertura de comprimento de onda resultante, de 0,4 a 5 mícrons, revela uma paisagem vívida de galáxias cujas cores dão pistas sobre as distâncias das galáxias: as galáxias mais azuis estão relativamente próximas e muitas vezes mostram intensa formação estelar, como melhor detectado pelo Hubble, enquanto as galáxias mais vermelhas tendem a estar mais distante ou conter grande quantidade de poeira, conforme detectado por Webb.
A imagem revela uma riqueza de detalhes que só são possíveis de capturar combinando o poder de ambos os telescópios espaciais.
Nesta imagem, o azul representa dados em comprimentos de onda de 0,435 e 0,606 mícrons (filtros Hubble F435W e F606W);
ciano é 0,814, 0,9 e 1,05 mícrons (filtros Hubble F814W e F105W e filtro Webb F090W);
verde é 1,15, 1,25, 1,4, 1,5 e 1,6 mícrons (filtros Hubble F125W, F140W e F160W e filtros Webb F115W e F150W);
amarelo é 2,00 e 2,77 mícrons (filtros Webb F200W e F277W);
laranja tem 3,56 mícrons (filtro Webb F356W);
e vermelho representa dados de 4,1 e 4,44 mícrons (filtros Webb F410M e F444W).
“Estamos construindo sobre o legado do Hubble, avançando em direção a distâncias maiores e objetos mais tênues”, disse Rogier Windhorst da Universidade Estadual do Arizona, principal pesquisador do programa PEARLS (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science), responsável pelas observações do Webb.
O Significado das Cores
Para criar a imagem, os comprimentos de onda mais curtos da luz foram codificados em azul, os mais longos em vermelho, e os intermediários em verde. A ampla gama de comprimentos de onda, de 0,4 a 5 mícrons, resulta em uma paisagem de galáxias particularmente vívida.
Essas cores fornecem pistas sobre as distâncias das galáxias: as mais azuis estão relativamente próximas e frequentemente exibem intensa formação estelar, conforme melhor detectado pelo Hubble, enquanto as mais vermelhas tendem a estar mais distantes, como detectado pelo Webb. Algumas galáxias parecem muito vermelhas devido à presença significativa de poeira cósmica, que absorve as cores mais azuis da luz das estrelas.
“O quadro completo só se torna claro quando combinamos os dados do Webb com os do Hubble”, destacou Windhorst.
Aglomerado de Galáxias da Árvore de Natal
Embora as novas observações do Webb contribuam para essa visão estética, foram realizadas com um propósito científico específico. A equipe de pesquisa combinou três épocas de observações, cada uma com semanas de intervalo, com uma quarta época do programa de pesquisa CANUCS (CAnadian NIRISS Unbiased Cluster Survey). O objetivo era buscar objetos que variam em brilho ao longo do tempo, conhecidos como transientes.
Ambas as imagens apresentam centenas de galáxias, no entanto a imagem do Webb mostra galáxias que são invisíveis ou pouco visíveis na imagem do Hubble.
Isso ocorre porque a visão infravermelha de Webb pode detectar galáxias muito distantes ou empoeiradas para serem vistas pelo Hubble.
(A luz de galáxias distantes é desviada para o vermelho devido à expansão do universo.) O tempo total de exposição do Webb foi de cerca de 22 horas, em comparação com 122 horas de exposição da imagem do Hubble.
Foram identificados 14 desses transientes em todo o campo de visão. Doze estavam localizados em três galáxias altamente ampliadas por lentes gravitacionais, provavelmente estrelas individuais ou sistemas estelares múltiplos que são brevemente muito ampliados. Os dois restantes estão dentro de galáxias de fundo moderadamente ampliadas e provavelmente são supernovas.
Uma Estrela Kaiju
Dentre os transientes identificados, um se destacou. Localizado em uma galáxia existente cerca de 3 bilhões de anos após o Big Bang, foi ampliado em pelo menos 4.000 vezes. A equipe apelidou o sistema estelar de “Mothra” em homenagem à sua “natureza monstruosa”, sendo extremamente brilhante e ampliado. Essa estrela junta-se a outra previamente identificada pela equipe, apelidada de “Godzilla” (ambos são monstros gigantes conhecidos como kaiju no cinema japonês).
Curiosamente, Mothra também é visível nas observações do Hubble feitas nove anos antes. Isso é incomum, pois é necessário um alinhamento muito específico entre o aglomerado de galáxias em primeiro plano e a estrela de fundo para ampliar tanto uma estrela. Os movimentos relativos da estrela e do aglomerado deveriam ter eliminado esse alinhamento ao longo do tempo.
A explicação mais provável é a presença de um objeto adicional no aglomerado em primeiro plano, adicionando mais ampliação. A equipe conseguiu restringir sua massa entre 10.000 e 1 milhão de vezes a massa do nosso Sol. No entanto, a natureza exata desta chamada “mili-lente” permanece desconhecida.
“A explicação mais provável é um aglomerado estelar globular que é muito tênue para ser visto diretamente pelo Webb”, afirmou José Diego, do Instituto de Física de Cantabria, na Espanha, autor principal do artigo que detalha a descoberta. “Mas ainda não sabemos a verdadeira natureza desta lente adicional.”
O artigo de Yan et al. foi aceito para publicação no The Astrophysical Journal. O artigo de Diego et al. foi publicado em Astronomy & Astrophysics.
Os dados do Webb apresentados aqui foram obtidos como parte do programa PEARLS GTO 1176.
O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciências espaciais do mundo. Ele desvenda mistérios em nosso sistema solar, observa mundos distantes ao redor de outras estrelas e investiga as estruturas misteriosas e origens de nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA em colaboração com a ESA (Agência Espacial Europeia) e a Agência Espacial Canadense.
Essa galáxia contém um transiente, ou objeto que varia no brilho observado ao longo do tempo, que a equipe científica apelidou de “Mothra”.
Mothra é uma estrela ampliada por um fator de pelo menos 4.000 vezes.
A equipe acredita que Mothra é ampliada não apenas pela gravidade do aglomerado de galáxias MACS0416, mas também por um objeto conhecido como “mili-lente”, que provavelmente pesa tanto quanto um aglomerado estelar globular.
NASA, ESA, CSA, STScI, J. Diego (Instituto de Física de Cantabria, Espanha), J. D’Silva (U. Austrália Ocidental), A. Koekemoer (STScI), J. Summers & R. Windhorst (ASU) e H. Yan (U. Missouri).
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