O que Aprendemos com o JWST Três Anos após o seu Lançamento

A imagem JWST da NGC 628. A nova imagem Webb da NGC 628. (Judy Schmidt/Flickr, CC BY 2.0)

Há três anos, o Telescópio Espacial James Webb (JWST) foi lançado, marcando um momento monumental na exploração espacial. Sendo o maior e mais potente telescópio espacial alguma vez construído, redefiniu a nossa compreensão do Universo num curto espaço de tempo.

Desde a exploração do nosso Sistema Solar até à análise de atmosferas de exoplanetas em busca de sinais de vida e à investigação do Universo primitivo para descobrir as suas primeiras estrelas e galáxias, o JWST conseguiu avanços notáveis. Eis o que aprendemos – e as novas questões que surgiram.

O JWST ultrapassou os limites da observação cósmica, captando a luz de galáxias que se formaram quando o Universo tinha apenas 300 milhões de anos. Entre estas, uma galáxia que bateu um recorde conseguiu crescer até 400 milhões de vezes a massa do Sol num espaço de tempo chocantemente curto, realçando a extraordinária eficiência da formação inicial de estrelas.

Estas galáxias antigas desafiam as expectativas. Enquanto as galáxias maduras tendem a parecer vermelhas devido à acumulação de poeira, o JWST revelou que são azuis brilhantes e sem poeira. As teorias sugerem que a intensa radiação estelar ou supernovas maciças poderiam ter varrido a poeira, mas a sua verdadeira natureza permanece um enigma.

Química Invulgar nas Primeiras Galáxias

O JWST descobriu composições químicas surpreendentes nestas galáxias primitivas. Ao contrário das estrelas modernas, são ricas em azoto, mas têm menores quantidades de outros metais. Esta descoberta desafia os modelos existentes de evolução química e sugere que processos desconhecidos moldaram os blocos de construção do Universo primitivo.

Diferentes elementos químicos observados numa das primeiras galáxias do Universo descobertas pelo JWST. (adaptado de Castellano et al., 2024 The Astrophysical Journal; equipas JWST-GLASS e UNCOVER)

Usando lentes gravitacionais de aglomerados massivos de galáxias, o JWST localizou galáxias ténues que emitem quatro vezes mais fotões de alta energia do que o previsto. Estas pequenas galáxias podem ter desempenhado um papel fundamental no fim da “idade das trevas” cósmica, quando o Universo passou de opaco a transparente.

Uma das primeiras imagens do JWST revelou um fenómeno inesperado: objectos compactos e de cor vermelha que emitem luz a velocidades extremas. Inicialmente pensados como galáxias densas, estes objectos exibem sinais de buracos negros supermassivos, mas não apresentam as esperadas emissões de raios-X. Também apresentam caraterísticas estelares, sugerindo uma natureza híbrida. Esta descoberta poderá iluminar a forma como os buracos negros supermaciços e as estrelas evoluíram em conjunto no Universo primitivo.

Os rectângulos destacam as aberturas do conjunto de espectrógrafos de infravermelhos próximos da JWST, através dos quais a luz foi captada e analisada para desvendar os mistérios das composições químicas das galáxias. (Atek et al., 2024, Nature)

Galáxias Antigas Impossivelmente Massivas

O JWST identificou galáxias maciças – que rivalizam com a Via Láctea – que se formaram nos primeiros 700 milhões de anos após o Big Bang. Estas descobertas desafiam os modelos actuais de formação de galáxias, que se esforçam por explicar como é que estruturas tão colossais surgiram tão cedo. Os cosmólogos estão agora a debater se são necessários ajustes às teorias existentes ou estruturas inteiramente novas, possivelmente envolvendo matéria escura.

Na sua breve história operacional, o JWST já expôs lacunas na nossa compreensão do cosmos. Enquanto aperfeiçoamos os nossos modelos, o telescópio promete revelar ainda mais incógnitas. Os enigmáticos “pontos vermelhos” foram apenas o começo – inúmeras maravilhas ocultas ainda aguardam ser descobertas na vasta extensão do espaço.

Em segundo plano, a imagem JWST do Aglomerado de Pandora (Abell 2744) é apresentada, com um pequeno ponto vermelho destacado num fundo azul. O primeiro plano, à esquerda, mostra uma montagem de vários pequenos pontos vermelhos descobertos pelo JWST. (Adaptado de Furtak et al., e Matthee et al., The Astrophysical Journal, 2023-2024; Equipas JWST-GLASS e UNCOVER).

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