JWST revela a teia cósmica no mapa COSMOS-Web

Durante anos, os mapas que descrevem a forma como a matéria se distribui pelo Universo traziam um compromisso inevitável: as galáxias individuais apareciam com nitidez.

Já os filamentos e os enxames que elas compõem - a arquitectura em grande escala - surgiam com contornos esbatidos.

O Telescópio Espacial James Webb (JWST) está a alterar esse cenário. O seu maior levantamento até à data gerou o mapa mais detalhado alguma vez construído dessa estrutura. E o que revela sobre o Universo primordial não coincide totalmente com as versões anteriores, menos definidas.

Mapear a teia cósmica

A teia cósmica é a arquitectura de base do Universo - um esqueleto de filamentos e lâminas de gás e de matéria invisível, separado por imensos vazios. Essa matéria invisível fornece a gravidade que mantém os “fios” unidos, apesar de não emitir luz.

As galáxias e os enxames distribuem-se ao longo desses filamentos, formando uma única estrutura interligada. Onde os fios se cruzam, as galáxias acumulam-se. Onde os filamentos rareiam, quase não existe nada.

Uma equipa de astrónomos liderada por investigadores da University of California, Riverside (UCR) construiu agora o retrato mais minucioso alguma vez obtido dessa rede.

Para isso, recorreram ao maior levantamento realizado por um telescópio espacial, conseguindo seguir a teia até à época em que o Universo tinha cerca de mil milhões de anos.

O mapa COSMOS-Web

Esse levantamento, o COSMOS-Web, é o maior programa de investigação individual alguma vez executado pelo telescópio. Cobriu uma região contínua do céu com uma área equivalente a cerca de três luas Cheias.

À escala do quotidiano é um recorte diminuto; para um levantamento profundo do espaço, é enorme. Dentro dessa área, a equipa identificou 164,000 galáxias e organizou-as por distância.

Em seguida, combinou os dados num modelo tridimensional que se estende desde o presente até às primeiras eras visíveis do Universo.

Alcançar a alvorada cósmica

Hossein Hatamnia, estudante de pós-graduação na UCR e nos Carnegie Observatories, liderou a análise. O mapa construído por ele e pelos seus colegas abrange 13.7 mil milhões de anos de história cósmica.

Um ano-luz - a distância que a luz percorre num ano terrestre - corresponde a cerca de 9,46 biliões de quilómetros. Uma galáxia situada no limite mais distante do mapa não é observada como é hoje, mas como era há mais de 12 mil milhões de anos.

“Pela primeira vez, podemos estudar a evolução das galáxias em estruturas de enxames e filamentos ao longo do tempo cósmico, desde quando o Universo tinha mil milhões de anos até ao Universo próximo”, afirmou Hatamnia.

O que o Hubble não conseguia ver por completo

O Hubble vem a observar esta mesma zona do céu há anos. No entanto, os mapas derivados desses dados suavizavam os detalhes mais finos. A nova visão altera essa leitura.

Bahram Mobasher, professor distinto de física e astronomia na UCR e orientador de Hatamnia, disse que a diferença entre o JWST e o Hubble salta à vista.

“O salto em profundidade e resolução é verdadeiramente significativo, e agora conseguimos ver a teia cósmica numa época em que o Universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos, uma era que estava essencialmente fora de alcance antes do JWST”, afirmou.

Galáxias muito mais ténues

Hatamnia explicou que este avanço resulta de duas capacidades do telescópio a trabalhar em conjunto. O JWST detecta galáxias muito mais fracas do que aquelas que o Hubble conseguia observar. Além disso, determina as suas distâncias com muito maior precisão.

É esse segundo factor que transforma uma lista “plana” de galáxias num verdadeiro mapa, colocando cada galáxia numa fatia muito mais estreita do tempo cósmico.

Levantamentos anteriores já sugeriam que a rede existia a estas profundidades, mas as estruturas apareciam misturadas e desfocadas.

Com o COSMOS-Web, a imagem torna-se resolvida: aglomerados que pareciam únicos dividem-se em vários; vazios antes mal definidos passam a ter limites nítidos.

Explorar o gigantesco conjunto de dados do Webb

Está agora tudo disponível publicamente: o fluxo de processamento usado para construir o mapa, o catálogo das 164,000 galáxias com as suas posições e densidades medidas, e um vídeo que mostra a evolução da teia cósmica ao longo de milhares de milhões de anos.

Dezenas de cientistas, de instituições distribuídas por quatro continentes, contribuíram para o projecto. Com a divulgação integral, investigadores em qualquer parte do mundo podem aplicar as suas próprias perguntas a este conjunto de dados.

Trabalhos anteriores já tinham mostrado que as galáxias alinhadas ao longo de filamentos crescem a ritmos diferentes das que se encontram em regiões mais vazias; o novo mapa permite estender essa comparação muito mais para trás no tempo cósmico, alcançando épocas que antes eram inacessíveis.

Uma pequena região do céu

O mapa abrange apenas uma região do céu - com uma área equivalente a cerca de três luas Cheias - e não uma amostra mais ampla do cosmos.

As estruturas encontradas num único local podem não representar o Universo no seu conjunto.

Os astrónomos chamam a esta limitação variância cósmica e defendem que serão necessários mais levantamentos, em diferentes regiões, para perceber se os resultados se confirmam de forma universal.

COSMOS-Web e o estudo futuro

Os astrónomos podem agora investigar - pela primeira vez com este nível de clareza - de que forma o crescimento das galáxias depende do ambiente, recuando quase até ao início da história cósmica. É uma questão que antes não era possível responder.

Para os cosmólogos, uma visão mais nítida de como a matéria escura - uma substância invisível detectável apenas através da gravidade - terá construído a estrutura cósmica pode agora ser confrontada com observações directas de épocas mais remotas do que nunca.

Os modelos computacionais de formação de estruturas passam, assim, a enfrentar um teste mais exigente.

O novo mapa indica que o Universo jovem é mais “texturado” do que as observações anteriores sugeriam, e qualquer simulação que pretenda aproximar-se da realidade terá de reproduzir essa complexidade.