Telescópio Webb Descobre Poeira Rara em Galáxia Primitiva, Reformulando Perspectivas sobre o Universo Inicial

Introdução

Astrônomos utilizando o poderoso olhar do Telescópio Espacial James Webb da NASA fizeram uma descoberta notável na galáxia anã Sextans A, uma vizinha celeste da Via Láctea que retém algumas das características mais primitivas do universo. O telescópio detectou dois tipos incomuns de poeira: poeira de ferro metálico e carbeto de silício, ambos produtos de estrelas em envelhecimento. Esta descoberta, juntamente com a presença de minúsculas moléculas à base de carbono, sugere que mesmo nas fases iniciais do universo, quando elementos mais pesados eram escassos, estrelas e o meio interestelar circundante eram capazes de forjar grãos de poeira sólidos. Essas observações estão alterando fundamentalmente nossa compreensão de como as galáxias antigas evoluíram e desenvolveram os componentes essenciais para a formação de planetas, contribuindo para a exploração contínua da NASA sobre os segredos do universo.

Sextans A, localizada a aproximadamente 4 milhões de anos-luz de distância, é notável por sua baixíssima "metalicidade", o termo astrofísico para elementos mais pesados que hidrogênio e hélio. Ela contém apenas cerca de 3 a 7 por cento do conteúdo de elementos pesados encontrado em nosso Sol. Devido ao seu pequeno tamanho e consequente fraca atração gravitacional, Sextans A tem dificuldade em reter os elementos mais pesados produzidos por eventos como supernovas e os ciclos de vida das estrelas, ao contrário de muitas outras galáxias próximas. Isso a torna um laboratório natural único, semelhante às galáxias que povoaram o universo logo após o Big Bang, uma época em que o cosmos era predominantemente composto de hidrogênio e hélio antes que as estrelas tivessem a chance de semear o espaço com esses "metais". Sua relativa proximidade oferece aos astrônomos uma rara oportunidade de examinar estrelas individuais e nuvens interestelares sob condições que espelham as do universo primitivo.

Fábricas de Poeira Estelar com Baixa Metaliicidade

Um dos estudos, detalhado no Astrophysical Journal, concentrou-se em um grupo selecionado de estrelas em Sextans A usando o espectrômetro de baixa resolução do Mid-Infrared Instrument (MIRI) do Webb. Os dados coletados forneceram assinaturas químicas dessas estrelas em sua fase evolutiva avançada, conhecidas como estrelas da ramo assintótico das gigantes (AGB). Estas são estrelas com massas variando de uma a oito vezes a do nosso Sol, que passam por esta fase específica de suas vidas.

Martha Boyer, astrônoma associada no Space Telescope Science Institute e autora principal deste estudo, explicou as descobertas surpreendentes. "Uma dessas estrelas está no limite superior de massa da faixa AGB, e estrelas como essa geralmente produzem poeira de silicato", ela afirmou. "No entanto, com uma metalicidade tão baixa, esperamos que essas estrelas estejam quase sem poeira. Em vez disso, o Webb revelou uma estrela forjando grãos de poeira feitos quase inteiramente de ferro. Isso é algo que nunca vimos em estrelas que são análogas a estrelas do universo primitivo."

Normalmente, estrelas ricas em oxigênio criam poeira de silicato, um processo que requer elementos como silício e magnésio. Em Sextans A, esses elementos estão virtualmente ausentes, semelhante a tentar assar sem ingredientes essenciais como farinha, açúcar e manteiga. Um ambiente cósmico típico, como a Via Láctea, é rico nesses componentes necessários – silício, carbono e ferro. Em um ambiente primitivo como Sextans A, com uma grave falta desses ingredientes, a expectativa era que as estrelas mal pudessem "assar" qualquer poeira. No entanto, o telescópio Webb não apenas detectou poeira, mas também revelou que uma estrela empregou um método completamente diferente para sua criação. A descoberta de poeira apenas de ferro, juntamente com carbeto de silício produzido por estrelas AGB menos massivas, apesar da baixa abundância de silício da galáxia, demonstra que estrelas evoluídas ainda podem fabricar material sólido mesmo quando os ingredientes típicos estão ausentes. Boyer acrescentou: "A poeira no universo primitivo pode ter sido muito diferente dos grãos de silicato que vemos hoje. Esses grãos de ferro absorvem a luz de forma eficiente, mas não deixam impressões espectrais nítidas e podem contribuir para os grandes reservatórios de poeira vistos em galáxias distantes detectadas pelo Webb."

Moléculas de Carbono em Ambientes Esparsos

Em um estudo complementar, atualmente em revisão por pares, o Webb capturou imagens do meio interestelar de Sextans A, identificando hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs). Estas são moléculas complexas à base de carbono e os menores grãos de poeira que emitem luz na faixa infravermelha. Esta detecção marca Sextans A como a galáxia com a menor metalicidade já encontrada a conter HAPs.

No entanto, a forma como esses HAPs se manifestam em Sextans A difere significativamente de sua aparência em galáxias ricas em metais, onde sua emissão é generalizada. As observações do Webb revelaram HAPs concentrados em pequenos bolsões densos, medindo apenas alguns anos-luz de diâmetro. Elizabeth Tarantino, pesquisadora de pós-doutorado no Space Telescope Science Institute e autora principal deste estudo, observou: "O Webb mostra que os HAPs podem se formar e sobreviver mesmo nas galáxias mais carentes de metais, mas apenas em pequenas ilhas protegidas de gás denso." Esses aglomerados provavelmente representam regiões onde o blindagem de poeira e a densidade de gás são suficientemente altas para permitir a formação e o crescimento de HAPs, resolvendo um quebra-cabeça de décadas sobre por que os HAPs pareciam desaparecer em galáxias com pouca metalicidade. A equipe de pesquisa obteve um programa aprovado do Ciclo 4 do Webb para realizar espectroscopia de alta resolução, visando investigar ainda mais a química detalhada dentro desses aglomerados de HAPs em Sextans A.

Conclusão

Juntos, esses achados revelam que o universo primitivo possuía uma maior diversidade de mecanismos de produção de poeira do que se entendia anteriormente, além de métodos estabelecidos como explosões de supernovas. Além disso, os pesquisadores agora sabem que a poeira é mais abundante do que o previsto em ambientes com metalicidade extremamente baixa. "Cada descoberta em Sextans A nos lembra que o universo primitivo foi mais inventivo do que imaginávamos", disse Boyer. "Claramente, as estrelas encontraram uma maneira de criar os blocos de construção de planetas muito antes de existirem galáxias como a nossa." O Telescópio Espacial James Webb, um observatório de ciência espacial de ponta, continua a desvendar mistérios do nosso sistema solar, explorar mundos distantes e investigar as origens do universo e nosso lugar nele. O Webb é uma colaboração internacional liderada pela NASA, com os parceiros Agência Espacial Europeia (ESA) e Agência Espacial Canadense (CSA).

Original source: "https://science.nasa.gov/missions/webb/nasa-webb-finds-early-universe-analogs-unexpected-talent-for-making-dust"