Ao perscrutar profundamente o cosmos, o Telescópio Espacial James Webb da NASA está a dar aos cientistas o seu primeiro vislumbre detalhado de supernovas numa época em que o nosso Universo tinha apenas uma pequena fração da sua idade atual. Uma equipa recorreu a dados do Webb para identificar 10 vezes mais supernovas no Universo primitivo do que as conhecidas anteriormente. Algumas das recém-descobertas estrelas explosivas são os exemplos mais distantes do seu tipo, incluindo os utilizados para medir o ritmo de expansão do Universo.
"O Webb é uma máquina a descobrir supernovas", disse Christa DeCoursey, estudante de terceiro ano na Universidade do Arizona, em Tucson, EUA, e do Observatório Steward. "O grande número de deteções e as grandes distâncias destas supernovas são os dois resultados mais excitantes do nosso estudo."
DeCoursey apresentou estes resultados numa conferência de imprensa na 244.ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em Madison, no estado norte-americano do Wisconsin.
'Uma máquina a descobrir supernovas'
Para fazer estas descobertas, a equipa analisou dados de imagem obtidos como parte do programa JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). O Webb é ideal para encontrar supernovas extremamente distantes porque a sua luz é esticada para comprimentos de onda mais longos - um fenómeno conhecido como desvio para o vermelho.
Antes do lançamento do Webb, apenas uma mão-cheia de supernovas havia sido encontrada acima de um desvio para o vermelho de 2, o que corresponde a quando o Universo tinha apenas 3,3 mil milhões de anos - apenas 25% da sua idade atual. A amostra JADES contém muitas supernovas que explodiram ainda mais longe no passado, quando o Universo tinha menos de 2 mil milhões de anos.
Anteriormente, os investigadores usaram o Telescópio Espacial Hubble da NASA para ver as supernovas de quando o Universo estava na fase de "jovem adulto". Com o JADES, os cientistas estão a ver as supernovas quando o Universo estava na sua "adolescência" ou "pré-adolescência". No futuro, esperam olhar ainda mais para trás, para a fase de "criança" ou "bebé" do Universo.
Para descobrir as supernovas, a equipa comparou várias imagens tiradas com um intervalo de um ano e procurou fontes que desaparecessem ou aparecessem nessas imagens. Estes objetos que variam no brilho observado ao longo do tempo são chamados transientes, e as supernovas são um tipo de transiente. No total, a equipa que procurava transientes na amostra do levantamento JADES descobriu cerca de 80 supernovas num pedaço de céu com a espessura de um grão de arroz mantido à distância do braço esticado.
"Esta é realmente a nossa primeira amostra do aspeto do Universo com um elevado desvio para o vermelho no que toca à ciência de transientes", disse o colega de equipa Justin Pierel, bolseiro da NASA no STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland. "Estamos a tentar identificar se as supernovas distantes são fundamentalmente diferentes ou muito parecidas com o que vemos no Universo próximo."
Pierel e outros investigadores do STScI forneceram análises especializadas para determinar quais os transientes que eram de facto supernovas e quais não eram, porque regularmente são muito semelhantes.
A equipa identificou uma série de supernovas de elevado desvio para o vermelho, incluindo a mais distante alguma vez confirmada espetroscopicamente, com um desvio para o vermelho de 3,6. A sua estrela progenitora explodiu quando o Universo tinha apenas 1,8 mil milhões de anos. Trata-se de uma chamada supernova de colapso de núcleo, a explosão de uma estrela massiva.
 |
| Este mosaico mostra três dos cerca de 80 transientes, ou objetos de brilho variável, identificados nos dados do programa JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). A maioria dos transientes são o resultado da explosão de estrelas ou supernovas. Comparando imagens obtidas em 2022 e 2023, os astrónomos puderam localizar supernovas que explodiram recentemente (como os exemplos mostrados nas duas primeiras colunas), ou supernovas que já tinham explodido e cuja luz estava a desaparecer (terceira coluna). A idade de cada supernova pode ser determinada a partir do seu desvio para o vermelho (designado por 'z'). A luz da supernova mais distante, com um desvio para o vermelho de 3,8, teve origem quando o Universo tinha apenas 1,7 mil milhões de anos. Um desvio para o vermelho de 2,845 corresponde a um período de 2,3 mil milhões de anos após o Big Bang. O exemplo mais próximo, com um desvio para o vermelho de 0,655, mostra uma luz que deixou a sua galáxia há cerca de 6 mil milhões de anos, quando o Universo tinha pouco mais de metade da sua idade atual. Crédito: NASA, ESA, CSA, STSCI, C. DeCoursey (Universidade do Arizona), Colaboração JADES |
Descobrindo distantes supernovas de Tipo Ia
De particular interesse para os astrofísicos são as supernovas de Tipo Ia. Estas estrelas em explosão são tão previsivelmente brilhantes que são utilizadas para medir distâncias cósmicas longínquas e ajudam os cientistas a calcular o ritmo de expansão do Universo. A equipa identificou pelo menos uma supernova de Tipo Ia com um desvio para o vermelho de 2,9. A luz desta explosão começou a viajar até nós há 11,5 mil milhões de anos, quando o Universo tinha apenas 2,3 mil milhões de anos. O anterior recorde de distância para uma supernova de Tipo Ia, confirmada espetroscopicamente, tinha um desvio para o vermelho de 1,95, quando o Universo tinha 3,4 mil milhões de anos.
Os cientistas estão ansiosos por analisar as supernovas de Tipo Ia a elevados desvios para o vermelho, para ver se todas têm o mesmo brilho intrínseco, independentemente da distância. Isto é extremamente importante, porque se o seu brilho variar com o desvio para o vermelho, então não serão marcadores fiáveis para medir o ritmo de expansão do Universo.
Pierel analisou esta supernova de Tipo Ia encontrada no "redshift" 2,9 para determinar se o seu brilho intrínseco era diferente do esperado. Embora este seja apenas o primeiro objeto tão distante deste tipo, os resultados não indicam qualquer evidência de que o brilho de Tipo Ia muda com o desvio para o vermelho. São necessários mais dados, mas, por agora, as teorias baseadas em supernovas de Tipo Ia sobre o ritmo de expansão do Universo e o seu destino final permanecem intactas. Pierel também apresentou os seus resultados na 244.ª reunião da Sociedade Astronómica Americana.
Olhando para o futuro
O Universo primitivo era um lugar muito diferente, com ambientes extremos. Os cientistas esperam ver supernovas antigas que provêm de estrelas que contêm muito menos elementos químicos pesados do que estrelas como o nosso Sol. A comparação destas supernovas com as do Universo local ajudará os astrofísicos a compreender a formação estelar e os mecanismos de explosão de supernovas nestes primeiros tempos.
"Estamos essencialmente a abrir uma nova janela para o Universo transiente", disse Matthew Siebert, bolseiro do STScI, que está a liderar a análise espetroscópica das supernovas da amostra do levantamento JADES. "Historicamente, sempre que o fizemos, encontrámos coisas extremamente excitantes - coisas que não esperávamos".
"Como o Webb é tão sensível, está a encontrar supernovas e outros transientes em quase todos os locais para onde aponta", disse Eiichi Egami, membro da equipa JADES, professor investigador da Universidade do Arizona em Tucson. "Este é o primeiro passo significativo em direção a levantamentos mais extensos de supernovas com o Webb".
// NASA (comunicado de imprensa)
// STScI (comunicado de imprensa)
// Universidade do Arizona (comunicado de imprensa)
Quer saber mais?
Notícias relacionadas:
EurekAlert!
SPACE.com
PHYSORG
Supernovas:
Wikipedia
Tipo Ia (Wikipedia)
Tipo II (Wikipedia)
Desvio para o vermelho:
Wikipedia
Universo:
A expansão acelerada do Universo (Wikipedia)
Universo (Wikipedia)
Lei de Hubble (Wikipedia)
Determinando a constante de Hubble (Wikipedia)
Idade do Universo (Wikipedia)
Estrutura a grande-escala do Universo (Wikipedia)
Big Bang (Wikipedia)
Cronologia do Big Bang (Wikipedia)
Modelo Lambda-CDM (Wikipedia)
Indicadores de distâncias cósmicas (Wikipedia)
"Escada" de distâncias cósmicas (Wikipedia)
JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey):
ESA
Centro para Astrofísica | Harvard & Smithsonian
GitHub
JWST (Telescópio Espacial James Webb):
NASA
STScI
STScI (website para o público)
ESA
ESA/Webb
Wikipedia
Facebook
X/Twitter
Instagram
Blog do JWST (NASA)
Ciclo 3 GO do Webb (STScI)
Ciclo 3 GTO do Webb (STScI)
Ciclo 3 DDT do Webb (STScI)
NIRISS (NASA)
NIRCam (NASA)
MIRI (NASA)
NIRSpec (NASA)
