Uma nova análise de galáxias distantes observadas pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA mostra que são extremamente jovens e partilham algumas semelhanças notáveis com as "ervilhas", uma classe rara de galáxias pequenas no nosso quintal cósmico.

"Com impressões digitais químicas detalhadas destas primeiras galáxias, vemos que elas incluem o que poderá ser a galáxia mais primitiva identificada até agora. Ao mesmo tempo, podemos ligar estas galáxias desde a alvorada do Universo a galáxias semelhantes próximas, que podemos estudar com muito mais detalhe", disse James Rhoads, astrofísico do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland, que apresentou os resultados no 241.º encontro da Sociedade Astronómica Americana em Seattle.

O artigo científico que descreve os resultados, liderado por Rhoads, foi publicado dia 3 de janeiro na revista The Astrophysical Journal Letters.

As galáxias ervilha foram descobertas e assim denominadas em 2009 por voluntários que participavam no Galaxy Zoo, um projeto onde cientistas cidadãos ajudam a classificar galáxias em imagens, começando com as do SDSS (Sloan Digital Sky Survey). As ervilhas destacaram-se como pontos pequenos, redondos e não resolvidos com uma tonalidade claramente verde, uma consequência tanto das cores atribuídas a diferentes filtros nas composições do levantamento como de uma propriedade das próprias galáxias.

As cores das galáxias ervilha são invulgares porque uma fração considerável da sua luz provém de nuvens brilhantes de gás. Os gases emitem luz em comprimentos de onda específicos - ao contrário das estrelas, que produzem um espectro contínuo de cor parecido a um arco-íris. As ervilhas são também bastante compactas, tipicamente com apenas cerca de 5000 anos-luz de diâmetro ou cerca de 5% do tamanho da nossa Via Láctea.

Uma galáxia "ervilha" fotografada pelo SDSS (Sloan Digital Sky Survey), juntamente com uma imagem infravermelha de uma ervilha primitiva capturada pelo Telescópio Espacial James Webb da NASA. À esquerda está J122051+491255, uma ervilha a cerca de 170 milhões de anos-luz de distância, com cerca de 4000 anos-luz de diâmetro, um tamanho típico. À direita está uma ervilha primitiva conhecida como 04590, cuja luz levou 13,1 mil milhões de anos a chegar até nós. Compensando o efeito de lente gravitacional do enxame e a maior distância da galáxia, 04590 é ainda mais compacta, comparável às ervilhas mais pequenas que se encontram nas redondezas.
Crédito: SDSS e NASA, ESA, CSA e STScI

"As ervilhas podem ser pequenas, mas a sua atividade de formação estelar é invulgarmente intensa tendo em conta o seu tamanho, pelo que produzem luz ultravioleta brilhante", disse Keunho Kim, investigador pós-doutorado na Universidade de Cincinnati e membro da equipa de análise. "Graças às imagens ultravioletas das galáxias ervilha pelo Hubble e por investigações no solo sobre galáxias primitivas, é evidente que ambas partilham esta propriedade".

Em julho de 2022, a NASA e os seus parceiros na missão Webb lançaram a imagem infravermelha mais profunda e nítida do Universo distante até agora vista, capturando milhares de galáxias dentro e por detrás de um enxame conhecido como SMACS 0723. A massa do enxame faz dele uma lente gravitacional, que tanto amplia como distorce o aspeto das galáxias de fundo. Entre as galáxias mais fracas atrás do enxame encontrava-se um trio de objetos infravermelhos compactos que pareciam poder ser parentes distantes das ervilhas. A mais distante destas três galáxias foi ampliada cerca de 10 vezes, fornecendo uma ajuda significativa da natureza, já sem contar com as capacidades sem precedentes do novo telescópio.

O Webb fez mais do que observar o enxame - o seu instrumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) também capturou os espectros de galáxias selecionadas na área. Quando Rhoads e os seus colegas examinaram estas medições e as corrigiram para o comprimento de onda resultante da expansão do espaço, viram características emitidas pelo oxigénio, hidrogénio e néon alinhadas numa espantosa semelhança com as vistas em ervilhas próximas.

Além disso, os espectros do Webb tornaram possível medir pela primeira vez a quantidade de oxigénio nestas galáxias do amanhecer cósmico.

O NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) do JWST captou as impressões digitais químicas de galáxias selecionadas por detrás de SMACS 0723, incluindo três objetos ténues e distantes. Quando corrigidos para os comprimentos de onda provocados pela expansão do espaço ao longo de milhares de milhões de anos, os espectros destas galáxias (vistos a vermelho) exibem características emitidas pelo oxigénio, hidrogénio e néon que mostram uma semelhança espantosa com as que são vistas nas chamadas galáxias "ervilha" encontradas nas proximidades (a verde). Além disso, as observações do Webb tornaram possível medir pela primeira vez a quantidade de oxigénio nestas galáxias do amanhecer cósmico. As linhas espectrais foram esticadas verticalmente a fim de clarificar estas relações.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/Rhoads et al. 2023

À medida que as estrelas produzem energia, transmutam elementos mais leves como o hidrogénio e o hélio em elementos mais pesados. Quando as estrelas explodem ou perdem as suas camadas exteriores no fim das suas vidas, estes elementos mais pesados tornam-se incorporados no gás que forma as próximas gerações estelares, e o processo continua. Ao longo da história cósmica, as estrelas têm enriquecido o Universo de forma constante.

Duas das galáxias vistas pelo Webb contêm oxigénio a cerca de 20% do nível da nossa Via Láctea. Parecem-se com as típicas galáxias ervilha que, no entanto, constituem menos de 0,1% das galáxias vizinhas observadas pelo SDSS. A terceira galáxia estudada é ainda mais invulgar.

"Estamos a ver estes objetos como eram há 13,1 mil milhões de anos, quando o Universo tinha cerca de 5% da sua idade atual" disse a investigadora Sangeeta Malhotra, de Goddard. "E vemos que são galáxias jovens em todos os sentidos - cheias de estrelas jovens e gás incandescente que contém poucos elementos químicos reciclados de estrelas anteriores. De facto, uma delas contém apenas 2% do oxigénio de uma galáxia como a nossa e pode ser a galáxia mais quimicamente primitiva até agora identificada".

// NASA (comunicado de imprensa)
// Universidade de Cincinnati (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)
// Artigo científico (arXiv.org)

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26/08/2022 - Cientistas sondam a energia escura, testando a gravidade
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Galáxias "ervilha":
Wikipedia

SMACS 0723:
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