Uma equipe de astrônomos canadenses, incluindo especialistas do Instituto Dunlap de Astronomia e Astrofísica da Faculdade de Artes e Ciências da Universidade de Toronto, usou o Telescópio James Webb (JWST) para identificar os aglomerados globulares mais distantes já descobertos – grupos densos de milhões de estrelas que podem ser relíquias contendo as primeiras e mais antigas estrelas do universo.

A análise inicial da imagem First Deep Field de Webb, que retrata algumas das primeiras galáxias do universo, foi publicada em 29 de setembro no The Astrophysical Journal Letters.

“O JWST foi construído para encontrar as primeiras estrelas e as primeiras galáxias e para nos ajudar a entender as origens da complexidade do universo, como os elementos químicos e os blocos de construção da vida”, diz Lamiya Mowla, pesquisadora de pós-doutorado na Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics e co-autor principal do estudo, que foi realizado pela equipe Canadian NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS).

"Esta descoberta no Primeiro Campo Profundo de Webb já está fornecendo uma visão detalhada da fase inicial da formação estelar, confirmando o incrível poder do JWST."

Na imagem do primeiro campo profundo de Webb, finamente detalhada, os pesquisadores se concentraram no que chamaram de "a galáxia Sparkler", que fica a nove bilhões de anos-luz de distância. Esta galáxia recebeu esse nome devido aos objetos compactos que aparecem como pequenos pontos amarelo-vermelhos ao seu redor, chamados pelos pesquisadores de "brilhos". A equipe postulou que esses brilhos poderiam ser aglomerados jovens formando estrelas ativamente – nascidos três bilhões de anos após o Big Bang no pico da formação estelar – ou aglomerados globulares antigos . Aglomerados globulares são coleções antigas de estrelas da infância de uma galáxia e contêm pistas sobre suas primeiras fases de formação e crescimento.

A partir de sua análise inicial de 12 desses objetos compactos, os pesquisadores determinaram que cinco deles não são apenas aglomerados globulares, mas estão entre os mais antigos conhecidos.

"Olhar para as primeiras imagens do JWST e descobrir antigos aglomerados globulares em torno de galáxias distantes foi um momento incrível - que não era possível com imagens anteriores do Telescópio Espacial Hubble", diz Kartheik G. Iyer, pesquisador de pós-doutorado no Instituto Dunlap. for Astronomy & Astrophysics e co-autor principal do estudo.

"Como pudemos observar os brilhos em uma variedade de comprimentos de onda, poderíamos modelá-los e entender melhor suas propriedades físicas - como sua idade e quantas estrelas contêm. distâncias com JWST estimularão mais ciência e buscas por objetos semelhantes."

A Via Láctea é conhecida por ter cerca de 150 aglomerados globulares, mas como e quando exatamente esses densos aglomerados de estrelas se formaram não é bem compreendido. Os astrônomos sabem que os aglomerados globulares podem ser extremamente antigos, mas é incrivelmente desafiador medir suas idades. Usar aglomerados globulares muito distantes para datar as primeiras estrelas em galáxias distantes não foi feito antes e só é possível com JWST.

“Esses aglomerados recém-identificados foram formados perto da primeira vez que foi possível formar estrelas”, diz Mowla. "Como a galáxia Sparkler está muito mais distante do que a nossa Via Láctea, é mais fácil determinar as idades de seus aglomerados globulares. Estamos observando o Sparkler como era nove bilhões de anos atrás, quando o universo tinha apenas quatro anos e meio. - meio bilhão de anos, olhando para algo que aconteceu há muito tempo. Pense nisso como adivinhar a idade de uma pessoa com base em sua aparência - é fácil dizer a diferença entre uma criança de 5 e 10 anos, mas difícil dizer a diferença entre uma pessoa de 50 e 55 anos."

Até agora, os astrônomos não podiam ver os objetos compactos circundantes da galáxia Sparkler com o Telescópio Espacial Hubble. Isso mudou com o aumento da resolução e sensibilidade do JWST, revelando os minúsculos pontos que cercam a galáxia pela primeira vez na imagem First Deep Field de Webb. A galáxia Sparkler é especial porque é ampliada por um fator de 100 devido a um efeito chamado lente gravitacional - onde o aglomerado de galáxias SMACS 0723 em primeiro plano distorce o que está atrás dele, como uma lupa gigante. Além disso, a lente gravitacional produz três imagens separadas do Sparkler, permitindo que os astrônomos estudem a galáxia com mais detalhes.

“Nosso estudo do Sparkler destaca o tremendo poder de combinar as capacidades únicas do JWST com a ampliação natural proporcionada pelas lentes gravitacionais ”, diz o líder da equipe CANUCS, Chris Willott, do Centro de Pesquisa em Astronomia e Astrofísica Herzberg do Conselho Nacional de Pesquisa. “A equipe está animada com mais descobertas que virão quando o JWST voltar seus olhos para os aglomerados de galáxias CANUCS no próximo mês”.

Os pesquisadores combinaram novos dados da Near-Infrared Camera (NIRCam) do JWST com dados de arquivo do Telescópio Hubble Scape. O NIRCam detecta objetos fracos usando comprimentos de onda mais longos e mais vermelhos para observar além do que é visível ao olho humano e até mesmo pelo Telescópio Espacial Hubble. Ambas as ampliações devido à lente do aglomerado de galáxias e a alta resolução do JWST são o que tornou possível a observação de objetos compactos.

O instrumento Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) fabricado no Canadá no JWST forneceu confirmação independente de que os objetos são aglomerados globulares antigos porque os pesquisadores não observaram linhas de emissão de oxigênio – emissões com espectros mensuráveis ??emitidos por aglomerados jovens que são ativamente formando estrelas. NIRISS também ajudou a desvendar a geometria das imagens de lentes triplas do Sparkler.

“O instrumento NIRISS fabricado no Canadá do JWST foi vital para nos ajudar a entender como as três imagens do Sparkler e seus aglomerados globulares estão conectadas”, diz Marcin Sawicki, professor da Saint. Mary's University, que é o Canada Research Chair in Astronomy e co-autor do estudo. "Ver vários aglomerados globulares do Sparkler fotografados três vezes deixou claro que eles estão orbitando ao redor da galáxia Sparkler, em vez de estarem simplesmente na frente dela por acaso."

O JWST observará os campos CANUCS a partir de outubro de 2022, aproveitando seus dados para examinar cinco grandes aglomerados de galáxias , em torno dos quais os pesquisadores esperam encontrar mais sistemas desse tipo. Estudos futuros também modelarão o aglomerado de galáxias para entender o efeito de lente e executar análises mais robustas para explicar as histórias de formação de estrelas.

As instituições colaboradoras incluem a Universidade de York e instituições nos Estados Unidos e na Europa.