James Webb: pesquisas para 2º ano de operação do telescópio são reveladas

O Space Telescope Science Institute (STScI) anunciou os estudos selecionados para o segundo ano de operações do telescópio James Webb (JWST). As pesquisas incluem temas como formação de exoplanetas, galáxias, estruturas em grande escala do universo, física estelar, buracos negros supermassivos e galáxias ativas.

A primeira imagem do JWST foi revelada há um ano e, desde então, vimos imagens incríveis do universo e testemunhamos descobertas empolgantes, desde as galáxias mais distantes já observadas até a molécula de carbono cátion metil encontrada em um sistema estelar.

Com o segundo ciclo de operações do telescópio, cerca de 5.000 horas serão usadas pelas maiores pesquisas selecionadas, além de outras 1.215 horas de tempo paralelo, ou seja, com uso de outros instrumentos científicos simultaneamente à utilização do instrumento principal. Esses estudos paralelos podem ser feitos para complementar a observação primária ou por outra equipe com outros objetivos.

O tempo foi distribuído entre as propostas selecionadas pelo Comitê de Alocação de Telescópios (TAC) do Ciclo 2, que se reuniu em abril de 2023. As maiores propostas (Treasure and Legacy) receberam mais de 75 horas de observação, enquanto as pesquisas menores receberam 15 horas cada. Outras ideias pequenas vão ter algo entre 15 a 35 horas, e as médias, entre 35 a 72 horas.

Pesquisas já selecionadas para o James Webb

O JWST já revolucionou algumas áreas de pesquisa, trazendo informações com riqueza de detalhes nunca vista antes. Um exemplo é a descrição das atmosferas de exoplanetas — a primeira leitura de espectro atmosférico feita com o James Webb já era a mais completa já obtida pelos astrônomos. Agora, espera-se descobrir ainda mais sobre os mundos já descobertos.

Outro grande foco vai ser a época conhecida como Amanhecer Cósmico, ou Época da Reionização, que começou um bilhão de anos após o Big Bang. Observar esse período é possível quando se encontra galáxias localizadas a cerca de 13 bilhões de anos no passado, ou seja, cuja luz viajou por 13 bilhões de anos antes de chegar à Terra. O JWST tem feito isso ao encontrar as galáxias mais antigas já vistas, e continuará fazendo no segundo ciclo.

Quanto aos buracos negros, os pesquisadores querem descobrir o papel que eles desempenham na evolução das galáxias, em especial os quasares, onde buracos negros supermassivos ejetam quantidades exorbitantes de matéria, potencialmente interrompendo a formação de novas estrelas.

Centenas de propostas foram selecionadas para o próximo ano de atividade. Confira abaixo algumas de cada área de pesquisa.

Exoplanetas e formação de exoplanetas

Em algumas pesquisas, os cientistas vão usar a sensibilidade do Webb para obter imagens diretas de exoplanetas, algo que até agora tem sido extremamente raro de acontecer. Claro, ainda é muito importante obter espectros de suas atmosferas, e agora com um alvo preferencial: planetas rochosos ao redor de estrelas anãs vermelhas próximas.

Eis alguns estudos sobre exoplanetas:

• Confirmação JWST NIRCam do primeiro exoplaneta de massa subsaturno com imagem direta
• Explorando a existência e a diversidade de mundos aquáticos ricos em voláteis
• Mundos desconhecidos: rumo a um legado de imagens diretas de exoplanetas de massa subjupiteriana
• Rochas vaporizadas: detectando precursores de nuvens de silicato em Júpiteres ultraquentes
• Planetas TRAPPIST-1: atmosferas ou não?
• O resto do iceberg: anãs brancas empoeiradas expostas pelo JWST
• Anãs vermelhas e os sete gigantes: primeiros insights sobre as atmosferas de exoplanetas gigantes em torno de estrelas anãs M
• O primeiro estudo atmosférico de um mundo genuinamente aquático
• Caracterizando o estágio final dos sistemas exoplanetários
• Medindo a composição interior de um planeta terrestre
• Confirmação de um planeta gigante em torno da anã branca GD 140
• Idade e confirmação do candidato a exoplaneta na anã branca WD 0141-675b
• Planetas problemáticos: compreendendo a formação de planetas gigantes em torno de estrelas de baixa massa

Galáxias

Para estudar o Amanhecer Cósmico, uma equipe recebeu 615 horas para conduzir um levantamento 3D de 60.000 galáxias localizadas de 10 bilhões a 13 bilhões de anos atrás. Também vai haver pesquisas sobre o Meio-dia Cósmico, que corresponde a 2 e 3 bilhões de anos após o Big Bang.

Os cientistas vão tentar encontrar as estrelas da segunda geração, conhecidas como População II, com metalicidades (quantidade de elementos além de hidrogênio e hélio) de um milésimo daquela encontrada no Sol. Por fim, as indedectáveis estrelas da primeira geração (População III) também vão ser alvo de pesquisas no Ciclo 2.

Veja os títulos de alguns dos estudos sobre galáxias que veremos nos próximos meses:

• Um estudo pioneiro das propriedades físicas das primeiras galáxias
• Brilhos Distantes: Estamos Vendo Aglomerados Globulares Antigos no Meio-dia Cósmico?
• Testemunhando o Amadurecimento de Galáxias Adolescentes
• Confirmação espectroscópica de uma população inesperada de galáxias brilhantes no amanhecer cósmico
• Novas previsões para as relações de escala de metalicidade de galáxias na era JWST
• JWST em Technicolor: Encontrando e mapeando as galáxias formadoras de estrelas mais extremas na época da reionização
• Uma pesquisa com o JWST de galáxias infravermelhas ultraluminosas
• Todas as pequenas coisas: assinaturas do Pop III e a quantidade de fótons ionizantes de galáxias anãs na época da reionização
• Galáxias antigas no universo jovem: espectroscopia contínua ultraprofunda antes do meio-dia cósmico
• O que extinguiu a primeira galáxia quiescente massiva?
• Caracterizando as Fontes de Fótons Ionizantes na Época da Reionização
• Rastreando gás molecular em sistemas próximos pobres em metais: as chaves para desvendar a formação estelar no início do universo

Sistema Solar

Entre os estudos sobre nosso próprio “quintal cósmico”, estão alvos como a atmosfera superior de Júpiter e os objetos interestelares que vão passar pelo nosso Sistema Solar em um futuro próximo. Também serão investigadas as composições da família de asteroides Centauros, Troianos e os objetos transnetunianos (TNOs).

Veja alguns deles:

• Decifrando a composição de silicato de Centauros e pequenos TNOs
• O interior dos Troianos de Júpiter como marcadores da evolução do Sistema Solar
• Sondagem de gelo de água em cometas distantes: cristalino ou amorfo?
• Os asteróides do tipo M são os fragmentos remanescentes do núcleo dos planetesimais?
• Revelando a atmosfera superior de Júpiter e restringindo a perda atmosférica de planetas gigantes
• Procurando por objetos transnetunianos ultra-tênues
• Os satélites de Saturno como laboratório de CO2 no Sistema Solar externo
• Amostras aproximadas de sistemas exoplanetários: caracterizando o próximo objeto interestelar
• Decifrando os satélites irregulares de Júpiter: um teste crítico da migração de planetas gigantes
• Buscando novas pistas para a habitabilidade e a atividade de plumas do mundo oceânico Enceladus

Física estelar e populações estelares

Nessa categoria estão estudos sobre a evolução estelar, incluindo as supernovas (explosões de estrelas massivas) e seus remanescentes (estrelas de nêutrons e buracos negros). Também vão ser investigadas anãs brancas (estrelas menos massivas mortas) e as circunstâncias que podem resultar na formação de novas estrelas.

Confira alguns estudos:

• Confirmando a formação de um buraco negro
• Vida após a morte: encontrando água em um disco planetário em torno de uma anã branca
• A natureza do objeto compacto na supernova SN 1987A
• Quais são as taxas reais de perda de massa de estrelas massivas?
• A função de massa inicial estelar depende da metalicidade?
• A busca por estrelas da População III em galáxias de baixa metalicidade
• Uma Visão Quente do Gás Frio
• A formação estelar requer gás molecular?
• N6946-BH1: A primeira superova falhada ou uma erupção estelar massiva?
• Identificando o mais pesado dos elementos pesados ​​sintetizados em fusões de estrelas de nêutrons
• Uma visão de alta definição de um meio interestelar extremamente pobre em metais
• Astroquímica de gelo na borda de uma nuvem em formação de estrelas

Buracos negros supermassivos e galáxias ativas

Quando um buraco negro no núcleo galáctico se alimenta de matéria e ejeta plasma, a formação de estrelas em toda a galáxia pode ser interrompida. Essa ejeção de matéria é conhecida como “feedback” e, quando acontece, os astrônomos dizem que a galáxia tem um núcleo galáctico ativo (AGN). As pesquisas do Ciclo 2 vão tentar decifrar alguns detalhes mal compreendidos desses processos.

Também chama a atenção o estudo sobre um assunto que já parecia “enterrado”: o buraco negro que teria fugido do centro de sua galáxia. No início de 2023, a equipe do Prof. Pieter van Dokkum detectou um possível rastro de estrelas jovens formadas pelo percurso rápido de um buraco negro fugindo para fora da galáxia, mas outra pesquisa refutou essa hipótese. Agora, o James Webb será usado para buscar uma resposta definitiva.

Por fim, os cientistas vão usar o JWST para tentar descobrir como buracos negros supermassivos se tornaram tão grandes em menos de 1 bilhão de anos após o Big Bang.

Veja alguns dos próximos estudos sobre buracos negros:

• Um possível buraco negro supermassivo fugitivo na ponta de um recurso linear de 62 kpc
• JWST desvenda o impacto do feedback de AGNs na formação de estrelas no meio-dia cósmico
• Uma busca sistemática por gás molecular quente em AGNs e galáxias formadoras de estrelas
• Identificação de buracos negros supermassivos iniciais e formação estelar com JWST e Chandra
• Sagittario A* como acelerador de partículas: o que impulsiona a emissão variável de infravermelho e raios-X do buraco negro?
• Revelando crescimento obscuro de buracos negros supermassivos na época da reionização
• Grande Impacto em Pequenas Galáxias? Uma investigação dos feedbacks de AGN em galáxias anãs
• Feedback de jato de rádio na galáxia espiral próxima M58
• Feedback extremo em ação: fluxos moleculares rápidos e poderosos no universo local
• Primeira caracterização espacialmente resolvida do toro molecular quente na galáxia Circinus
• Espectroscopia do primeiro buraco negro binário de massa intermediária ativa e sua galáxia hospedeira

Existem muitas outras pesquisas incríveis a serem realizadas durante o Ciclo 2 do James Webb, e você pode conferir a lista completa no site do Space Telescope Science Institute.

Fonte: STScI