James Webb (JWST) e COSMOS-Web revelam a teia cósmica com um novo mapa

Durante anos, os mapas que mostram como a matéria se distribui pelo universo traziam um compromisso inevitável. As galáxias individuais apareciam com clareza.

Já os filamentos e aglomerados que elas formam - a arquitetura em escala maior - ficavam com contornos borrados.

O Telescópio Espacial James Webb (JWST) está mudando esse quadro. O maior levantamento já feito por ele gerou o mapa mais detalhado dessa estrutura até hoje. E o que surge no universo primitivo não coincide totalmente com as versões anteriores, menos nítidas.

Mapeando a teia cósmica

A teia cósmica é a base estrutural do universo - um esqueleto composto por filamentos e “folhas” de gás e de matéria invisível, separados por imensos vazios. Essa matéria invisível fornece a gravidade que mantém os “fios” unidos, apesar de não emitir luz.

Ao longo desses filamentos, ficam as galáxias e os aglomerados, costurados em uma única estrutura conectada. Nos pontos em que os fios se cruzam, as galáxias se acumulam. Onde os filamentos se afinam, quase não há nada.

Agora, astrônomos liderados por pesquisadores da Universidade da Califórnia, Riverside (UCR) produziram o mapa mais detalhado já realizado dessa organização.

Para isso, o grupo usou o maior levantamento de um telescópio espacial já conduzido, rastreando a teia até a época em que o universo tinha cerca de um bilhão de anos.

O mapa do COSMOS-Web

Esse levantamento, chamado COSMOS-Web, é o maior programa de pesquisa individual que o telescópio já executou. Ele cobriu uma área contínua do céu com aproximadamente o tamanho de três luas cheias.

No cotidiano, parece pouco; para uma pesquisa profunda do espaço, é enorme. Dentro dessa área, a equipe identificou 164.000 galáxias e as organizou por distância.

Em seguida, os dados foram combinados em um modelo tridimensional que vai do presente até as eras mais antigas ainda visíveis do universo.

Chegando ao amanhecer cósmico

Hossein Hatamnia, pós-graduando na UCR e nos Observatórios Carnegie, liderou a análise. O mapa construído por ele e seus colegas atravessa 13,7 bilhões de anos de história cósmica.

Um ano-luz - a distância que a luz percorre em um ano na Terra - equivale a cerca de 9,46 trilhões de quilômetros. Uma galáxia na borda mais distante do mapa não é vista como é hoje, e sim como era há mais de 12 bilhões de anos.

“Pela primeira vez, podemos estudar a evolução das galáxias em estruturas de aglomerados e filamentos ao longo do tempo cósmico, desde quando o universo tinha um bilhão de anos até o universo próximo”, disse Hatamnia.

O que o Hubble não conseguia ver por completo

O Hubble vinha registrando essa mesma região do céu havia anos. Porém, os mapas derivados desse material suavizavam os detalhes mais finos. A nova visão muda essa leitura.

Bahram Mobasher, professor titular de física e astronomia na UCR e orientador de Hatamnia, afirmou que a diferença entre o JWST e o Hubble é evidente de imediato.

“O salto em profundidade e resolução é realmente significativo, e agora podemos ver a teia cósmica em um momento em que o universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos - uma era que, antes do JWST, estava essencialmente fora de alcance”, disse ele.

Galáxias muito mais fracas

Hatamnia explicou que esse avanço vem da combinação de dois pontos fortes do telescópio. O JWST detecta galáxias muito mais fracas do que o Hubble conseguia observar. Além disso, determina suas distâncias com precisão muito maior.

Esse segundo fator é o que transforma uma lista “plana” de galáxias em um mapa de fato, colocando cada uma em uma faixa muito mais estreita do tempo cósmico.

Levantamentos anteriores já sugeriam que a rede existia em profundidades assim, mas as estruturas pareciam misturadas e borradas.

Com a nova visão do COSMOS-Web, elas se separam. Um único “aglomerado” aparente passa a se dividir em vários. E os vazios, antes definidos de forma suave, passam a exibir limites bem marcados.

Explorando o enorme conjunto de dados do Webb

Agora está tudo disponível publicamente: o fluxo de processamento usado para montar o mapa, o catálogo das 164.000 galáxias com suas posições e densidades medidas, e um vídeo que mostra a teia cósmica evoluindo ao longo de bilhões de anos.

Dezenas de cientistas, de instituições espalhadas por quatro continentes, contribuíram para o projeto. Com tudo aberto, pesquisadores em qualquer lugar podem aplicar suas próprias perguntas ao conjunto de dados.

Estudos anteriores mostraram que galáxias alinhadas em filamentos crescem em ritmos diferentes das que ficam em regiões mais vazias; o novo mapa permite estender essa comparação muito mais para trás no tempo cósmico, alcançando idades que antes eram inacessíveis.

Um pequeno pedaço do céu

O mapa se limita a uma única região do céu - uma área equivalente a cerca de três luas cheias - e não a uma amostragem mais ampla do cosmos.

As estruturas vistas em um local podem não representar o universo inteiro.

Os astrônomos chamam essa restrição de variância cósmica e afirmam que serão necessários mais levantamentos em diferentes áreas para verificar se os resultados se repetem de forma universal.

COSMOS-Web e estudos futuros

Com esse nível de nitidez, astrônomos podem finalmente perguntar como o crescimento das galáxias depende do ambiente, voltando quase ao início da história cósmica - uma questão que antes não podia ser respondida.

Para os cosmólogos, também fica possível confrontar com observações diretas, em épocas mais antigas do que nunca, a ideia de como a matéria escura - uma substância invisível detectável apenas por meio da gravidade - teria construído a estrutura cósmica.

Com isso, os modelos computacionais de formação de estruturas passam a enfrentar um teste mais rigoroso.

O novo mapa indica que o universo primitivo é mais “texturizado” do que as observações anteriores sugeriam, e qualquer simulação que queira se aproximar da realidade precisará reproduzir essa complexidade.