Imagens Webb simuladas do quasar e do quasar circundante da galáxia

 Caros Leitores;

Buracos negros supermassivos muito distantes e ativos são os faróis mais brilhantes do Universo. Conhecidos como  quasares , esses gigantes são cercados por galáxias igualmente distantes. Nas últimas décadas, pesquisadores saíram em uma caça ao tesouro cósmico e identificaram os três quasares mais distantes conhecidos nos últimos três anos - cada um a mais de 13 bilhões de anos-luz da Terra. Os astrônomos teorizam que pode levar bilhões de anos para que buracos negros supermassivos e suas galáxias se formem. Como é possível que esses quasares tenham se tornado tão gigantescos, com bilhões de massas solares, nos primeiros 700 milhões de anos do Universo? Uma vez que você pode ver além do brilho, como são as galáxias que os acompanham? E como são seus “bairros”?

São questões que Xiaohui Fan e Jinyi Yang, ambos da Universidade do Arizona, e Eduardo Bañados, do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, Alemanha, com uma equipe internacional de astrônomos, farão com observações feitas pelo Telescópio Espacial James Webb . “Esses são objetos realmente valiosos”, disse Fan. “Estruturamos este programa para aprender tudo em que poderíamos pensar, para que nossa equipe e a grande comunidade astronômica possam explorar totalmente esses quasares”.

A sensibilidade de Webb à luz infravermelha - incluindo comprimentos de onda infravermelhos médios que só podem ser capturados do espaço - permitirá à equipe observar esses objetos, cuja luz viajou por 13 bilhões de anos e teve seus comprimentos de onda estendidos de ultravioleta e luz visível para luz infravermelha . Webb tem sensibilidade e resolução espacial incomparáveis, o que revelará estruturas complexas nesses objetos distantes.

A equipe planeja observar e analisar os dados em três escalas: examinar de perto os próprios quasares, estudar as estrelas nas galáxias hospedeiras vizinhas depois de remover a luz dos quasares e classificar as galáxias que estão próximas. “Esses quasares são objetos muito especiais”, explicou Bañados. “É por isso que queremos fornecer a melhor caracterização possível de cada um com Webb”.

Ilustração de um quasar no início do Universo. Os pesquisadores vão estudar as galáxias que cercam três quasares brilhantes em detalhes pela primeira vez com o Telescópio Espacial James Webb.
Créditos: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

'Zooming' in - and out

Fan, Yang e Bañados não estão perdendo oportunidade: eles usarão quase todos os instrumentos disponíveis em Webb para observar esses quasares. Primeiro, eles irão refinar as medições da massa de cada buraco negro supermassivo. “A existência desses buracos negros desafia os modelos teóricos”, disse Yang. “Queremos obter medições mais precisas de suas massas para melhorar nossa compreensão de como se formaram e cresceram tão rapidamente”.

Para aumentar a precisão das medições existentes de outros observatórios, eles se voltarão para  espectros  - dados que detalham as propriedades físicas de um objeto, incluindo massa e composição química, fornecidos pelo  Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) de Webb . Isso permitirá que a equipe produza massas de buracos negros mais precisas.

Em seguida, eles se concentrarão em revelar as galáxias por trás da luz brilhante dos quasares. Eles obterão imagens muito profundas e detalhadas de cada alvo com a  câmera de infravermelho próximo (NIRCam) de Webb  e, em seguida, usarão modelos de computador para remover a luz dos quasares de cada um. As imagens finais processadas darão as primeiras visões da luz das estrelas nas galáxias hospedeiras. A equipe também obterá espectros com o Mid-Infrared Instrument (MIRI) de Webb  . Ninguém pode prever totalmente o que aprenderá. Essas galáxias antigas eram mais compactas? Suas estrelas contêm mais do que hidrogênio e hélio? Webb certamente trará novos insights!

A equipe também obterá espectros de ambos os quasares e suas galáxias hospedeiras para rastrear como o gás está se movendo nas galáxias hospedeiras e determinar se os buracos negros supermassivos ativos estão enviando ventos quentes que aquecem o gás das galáxias. Embora ninguém possa assistir a um loop de feedback completo   em tempo real (leva milhões de anos!), Eles podem experimentar o que está presente no NIRSpec e começar a observar as conexões entre os quasares e suas galáxias hospedeiras.

Eles também irão “diminuir o zoom” para ver galáxias próximas a esses quasares. As observações expansivas e de alta resolução de Webb ajudarão a equipe a caracterizar as galáxias que estão na vizinhança, empregando o  gerador de imagens infravermelho próximo e o espectrógrafo sem fenda (NIRISS)  e NIRCam de Webb.

Finalmente, os pesquisadores também irão amostrar os ambientes em grande escala ao redor dos quasares - as características do gás e da poeira. Como era o universo 700 ou 800 milhões de anos após o Big Bang? Este foi um período conhecido como a  Era da Reionização , quando o gás entre as galáxias era em grande parte opaco. Somente após o primeiro bilhão de anos do universo o gás se tornou totalmente transparente, permitindo que a luz viajasse com mais facilidade. A equipe medirá tudo o que existe entre nós e os quasares com o NIRSpec. “Sabemos que esses quasares existiam quando o Universo era cerca de cinquenta por cento neutro”, explicou Bañados. “Esses alvos representam uma era importante do Universo - essencialmente, o pico dessa transição. Webb fornecerá novas restrições sobre como foi esse período”.

Fan, Yang e Bañados compartilharão as riquezas deste programa de observação completo, liberando dados e ferramentas para a comunidade astronômica para acelerar a pesquisa geral de quasares no universo primordial. “Webb nos ajudará a dar o próximo salto quântico na compreensão desses objetos”, disse Fan.

Imagem do banner:  Ilustração de imagens simuladas de Webb do quasar e da galáxia ao redor do quasar. Os pesquisadores vão tirar imagens de cada alvo com a câmera Near-Infrared de Webb (NIRCam), como a imagem simulada mostrada à esquerda. Em seguida, eles removerão a luz do quasar para revelar a galáxia e suas estrelas, simuladas à direita. Crédito: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Claire Blome,

Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland

Christine Pulliam,
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland

Fonte: NASA / Editor: Jamie Adkins / 09-12-2021

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/simulated-webb-images-of-quasar-and-galaxy-surrounding-quasar

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Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.

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