Um novo levantamento de galáxias distantes feito pela Universidade do Kansas usando o Telescópio Espacial James Webb revela formação de estrelas e crescimento de buracos negros nunca antes vistos ao "meio-dia cósmico" — uma época misteriosa de 2 a 3 bilhões de anos após o Big Bang, quando galáxias como a Via Láctea passaram por um intenso surto de crescimento.

Os resultados da pesquisa MIRI EGS Galaxy and AGN (MEGA) aparecem no servidor de pré-impressão arXiv e em breve serão publicados pelo The Astrophysical Journal .

De acordo com pesquisadores da KU, as galáxias estavam produzindo novas estrelas tão intensamente durante o meio-dia cósmico que todas as galáxias atuais devem metade de sua massa estelar a estrelas formadas durante essa época. A equipe da KU está buscando a participação do público na determinação das formas das galáxias e na busca por fusões de galáxias. Qualquer pessoa pode classificar galáxias no projeto Zooniverso de Colisões Cósmicas.

"Nosso objetivo com este projeto é conduzir a maior pesquisa do JWST no infravermelho médio em múltiplas larguras de banda", disse a pesquisadora principal Allison Kirkpatrick, professora associada de física e astronomia na KU, que liderou o trabalho de pesquisa.

Somos o principal levantamento no infravermelho médio até o momento. O infravermelho médio é onde a poeira emite, então estamos observando galáxias obscurecidas por ela. A poeira esconde muitas coisas, e queremos espiar além dela. Queremos entender como essas galáxias estão formando estrelas, quantas estrelas estão formando e, principalmente, como os buracos negros em seus centros estão crescendo.

Utilizando a potência muito aprimorada do JWST no espectro infravermelho médio, a equipe liderada pela KU observou através dessa poeira cósmica galáxias suficientemente distantes para que a luz que chegasse tivesse deixado suas estrelas durante o meio-dia cósmico, 10 bilhões de anos atrás. Eles buscaram aprender mais sobre galáxias com núcleos galácticos ativos (ou buracos negros supermassivos que estão crescendo rapidamente em tamanho) em um campo profundo rico em galáxias próximo à constelação da Ursa Maior, considerada uma "janela limpa" para observação extragaláctica, chamada de "Faixa de Groth Estendida".

"A Faixa de Groth Estendida é uma região do céu que agora se tornou um dos principais campos do JWST", disse Kirkpatrick. "Eu estava na proposta que recebeu os primeiros dados do Telescópio Espacial James Webb. Este levantamento é chamado de CEERS (Ciência de Liberação Antecipada da Evolução Cósmica). Obtivemos as primeiras imagens do JWST, e elas eram da Faixa de Groth Estendida. Dentro desta região, conseguimos ver cerca de 10.000 galáxias — embora a área tenha apenas aproximadamente o diâmetro da Lua."

O autor principal Bren Backhaus, pesquisador de pós-doutorado em física e astronomia na KU, analisou a quantidade impressionante de novos dados do JWST e trabalhou com imagens brutas para produzir imagens científicas utilizáveis e informações úteis para a comunidade astronômica.

"Em teoria, uma galáxia poderia aparecer em uma imagem e não em outra porque estamos usando filtros diferentes", disse Backhaus. "É como tirar fotos usando apenas luz vermelha, azul ou verde — o que acaba criando imagens muito bonitas. Mas, como o telescópio se move levemente, as imagens ficam um pouco fora de enquadramento. O primeiro passo é simplesmente receber as imagens. O próximo passo envolve corrigir problemas conhecidos com o telescópio. Por exemplo, há um arranhão conhecido que aparece em todas as imagens e há pixels mortos. A primeira tarefa é consertar ou pelo menos instruir o software a ignorar esses pixels."

Em seguida, Backhaus alinhou as imagens separadas, dando-lhes uma referência de como deveriam se sobrepor. Sua etapa final foi combinar as imagens adequadamente entre si.

"Eu estava fazendo tudo isso para criar nossas imagens prontas para a ciência", disse Backhaus. "Então, meu próximo objetivo era criar um catálogo — encontrar uma quantidade mensurável de luz e registrar quanta luz entra por um determinado filtro para subsidiar nossa publicação mais ampla. Esse foi meu trabalho principal com os dados, e eu estava muito animado porque nunca havia trabalhado com dados de fotometria antes. Isso realmente expandiu minhas habilidades, e eu pude ver galáxias lindas antes de qualquer outra pessoa."

Até o momento, a colaboração liderada pela KU registrou 67 horas de comando do JWST. O projeto recebeu recentemente aproximadamente 30 horas adicionais de uso do telescópio. Os dados serão usados na KU para pesquisa e treinamento por um tempo antes de serem disponibilizados publicamente.

"Esta é a maior quantidade de dados do JWST que conseguimos trazer para a KU com um pesquisador principal aqui, o que significa que os alunos da KU têm uso exclusivo desses dados por enquanto", disse Kirkpatrick. "Ainda não são públicos. O tempo de telescópio funciona assim: como há tanto esforço envolvido na elaboração de uma proposta, você recebe um ano de uso exclusivo dos dados. Depois, eles são disponibilizados em um banco de dados público, mas apenas como dados brutos. Qualquer pessoa pode acessá-los, mas teria que fazer seu próprio processamento, o que levou meses no nosso caso."

Por enquanto, apenas pesquisadores de física e astronomia da KU podem acessar "este lindo conjunto de dados", disse Kirkpatrick.

Pesquisas em andamento incluem a descoberta de galáxias que poderiam ser as ancestrais das galáxias semelhantes à Via Láctea atuais — visíveis pela primeira vez no infravermelho médio graças ao MEGA —, a medição da velocidade com que as galáxias formam estrelas e desenvolvem seus buracos negros, e a observação de como as galáxias mudam de aparência devido a fusões ao longo do tempo. Todos esses projetos oferecem aos pesquisadores uma visão sem precedentes de como galáxias como a Via Láctea "cresceram".

"Todos os meus alunos estão trabalhando nisso", disse ela. "É algo realmente único para a KU neste momento."