Telescópio James Webb descobre poeira cósmica rica em carbono

O Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA fez uma descoberta inédita: a assinatura química de grãos de poeira ricos em carbono a um redshift de aproximadamente 7, o equivalente a cerca de um bilhão de anos após o nascimento do Universo. Esta observação abre caminhos para investigar tanto a produção de poeira cósmica quanto as populações estelares mais antigas do nosso Universo.

O Universo não tão vazio

Contrário ao que se pensa, os espaços vazios do nosso Universo muitas vezes não são vazios, mas preenchidos por nuvens de gás e poeira cósmica. A poeira é crucial para a evolução do Universo, formando o berço de novas estrelas e planetas. No entanto, para os astrônomos, ela pode ser um empecilho, pois absorve a luz estelar em determinados comprimentos de onda, tornando algumas regiões do espaço difíceis de observar.

O lado positivo é que certas moléculas interagem de maneira consistente com comprimentos de onda específicos de luz. Isso significa que é possível adquirir informações sobre a composição da poeira cósmica observando os comprimentos de onda de luz que ela bloqueia. Uma equipe internacional de astrônomos usou essa técnica, combinada com a sensibilidade extraordinária do Webb, para detectar a presença de grãos de poeira ricos em carbono apenas um bilhão de anos após o nascimento do Universo.

Assinaturas químicas

Joris Witstok, da Universidade de Cambridge e autor principal do trabalho, explica: “Os grãos de poeira ricos em carbono podem ser particularmente eficientes em absorver luz ultravioleta com um comprimento de onda em torno de 217,5 nanômetros, que pela primeira vez observamos diretamente no espectro de galáxias muito antigas”.

Esta característica proeminente de 217,5 nanômetros já havia sido observada no Universo mais recente e local, tanto na nossa própria galáxia, a Via Láctea, quanto em galáxias até o redshift ~3. A diferença é que a característica observada pela equipe na verdade atingiu o pico em 226,3 nanômetros.

“Esta pequena mudança no comprimento de onda onde a absorção é mais forte sugere que podemos estar vendo uma mistura diferente de grãos, por exemplo, grãos semelhantes a grafite ou diamante”, acrescenta Witstok.

Surpresas no Universo antigo

A detecção desta característica no Universo primitivo é surpreendente e permite aos astrônomos postular sobre os mecanismos que poderiam criar tal mistura de grãos de poeira. Witstok sugere grãos de diamante formados em ejeções de supernova, pois modelos sugerem que nano-diamantes poderiam ser formados dessa maneira.

Antes do Webb, as observações de várias galáxias tinham que ser combinadas para obter sinais fortes o suficiente para fazer deduções sobre as populações estelares nas galáxias. Com o advento do Webb, os astrônomos agora conseguem fazer observações muito detalhadas da luz de galáxias anãs individuais, vistas no primeiro bilhão de anos de tempo cósmico.

Avanços com o Webb

Roberto Maiolino, da Universidade de Cambridge e da University College London, membro da equipe, destaca a importância do Webb na descoberta: “Essa descoberta só foi possível graças ao aumento sem precedentes na sensibilidade da espectroscopia no infravermelho próximo proporcionada pelo Webb, e especificamente por seu Espectrógrafo no Infravermelho Próximo (NIRSpec)“.

O NIRSpec foi construído para a Agência Espacial Europeia por um consórcio de empresas europeias liderado pela Airbus Defence and Space (ADS), com o Goddard Space Flight Centre da NASA fornecendo seu detector e subsistemas de micro-obturadores. O objetivo principal do NIRSpec é permitir grandes pesquisas espectroscópicas de objetos astronômicos, como estrelas ou galáxias distantes.

Descobrindo o passado do Universo

Estas observações foram feitas como parte do JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, ou JADES, que dedicou cerca de 32 dias de tempo de telescópio para descobrir e caracterizar galáxias distantes e fracas. Este programa facilitou a descoberta de centenas de galáxias que existiam quando o Universo tinha menos de 600 milhões de anos.

Renske Smit, da Liverpool John Moores University no Reino Unido, membro da equipe, conclui: “Esta descoberta implica que as galáxias infantis no Universo primitivo se desenvolvem muito mais rápido do que jamais imaginamos. O Webb nos mostra uma complexidade dos primeiros berços de estrelas (e planetas) que os modelos ainda precisam explicar”.

Os resultados foram publicados nesta quarta-feira (19) na revista Nature.