JWST detecta moléculas orgânicas complexas 12 bilhões de luz

Através de uma combinação de curvatura gravitacional da luz e o extraordinário poder do JWST, os cientistas detectaram hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) em uma galáxia a 12 bilhões de anos-luz da Terra. Estamos vendo a galáxia SPT0418-47 como era quando o universo tinha um décimo de sua idade atual, e as observações mostram que ela já era enriquecida em elementos pesados ​​e moléculas bastante complexas.

Quando encontramos PAHs na Terra, geralmente é um mau sinal. Esse conjunto de compostos é produzido por incêndios florestais e na fumaça de escapamento de motores, embora alguns deles tenham uso como inseticidas e precursores de outras moléculas. Encontrá-los no espaço é uma questão muito diferente, pois eles indicam importantes processos químicos e alguns dos ingredientes necessários para a vida.

Encontrar PAHs em nossa própria galáxia tornou-se rotina, mas o início do universo é uma questão diferente. Agora, um novo papel mudou isso. Além disso, o trabalho foi muito além da mera detecção. Ao mapear a distribuição de PAHs em SPT0418-47, o artigo revela que as emissões infravermelhas de uma galáxia empoeirada como esta foram dominadas pela formação estelar.

Metade da radiação que as estrelas emitem é absorvida pelos grãos de poeira, que são aquecidos no processo e reemitem a energia no infravermelho, onde o JWST pode detectá-los. Os PAHs seguem a distribuição de grãos de poeira de tamanho milimétrico no espaço e podem atuar como um proxy para revelar sua presença. Eles também regulam o resfriamento do gás entre os sistemas estelares.

A atmosfera interfere nas observações terrestres no infravermelho, e antes dos telescópios espaciais JWST faltava o poder de estudar a distribuição de PAH em galáxias muito distantes. Junto com o JWST, os autores do artigo, incluindo Kedar Phadke, estudante de pós-graduação da Universidade de Illinois Urbana-Champaign, e o professor Joaquin Vieira, usaram um exemplo extremo de lente gravitacional, onde uma grande massa focaliza a luz de um objeto mais distante para ampliá-la.

SPT0418-47 é gravitacionalmente ampliado por uma galáxia mais próxima para parecer 30-35 vezes maior e brilhante do que seria sem o efeito de lente. Somente a combinação de um evento de lente tão extremo e o poder do JWST nos permite ver uma galáxia tão distante com tanta clareza em torno do comprimento de onda de 3,3 micrômetros, no qual os PAHs irradiam.

“O que esta pesquisa está nos dizendo agora – e ainda estamos aprendendo – é que podemos ver todas as regiões onde esses grãos de poeira menores estão localizados – regiões que nunca poderíamos ver antes do JWST”, disse Phadke em um comunicado.

A distribuição de PAHs e pequenos grãos revela um padrão diferente dos grãos de poeira maiores responsáveis ​​pelas emissões de infravermelho distante, com proporções entre eles variando por um fator de cinco.

Também revela que a maior parte da radiação infravermelha de SPT0418-47 não vem do disco de acreção ao redor do buraco negro, como é o caso dos quasares, mas é emitida por estrelas.

"Não esperávamos isso", disse Vieira. "Detectar essas moléculas orgânicas complexas a uma distância tão grande é uma mudança de jogo em relação a observações futuras. Este trabalho é apenas o primeiro passo, e agora estamos aprendendo como usá-lo e aprender suas capacidades. Estamos muito animados para ver como isso joga fora."

Uma coisa que ainda não sabemos é se SPT0418-47 é típico de galáxias desta era nas formas medidas, ou um outlier. Para responder a essa pergunta, precisaremos encontrar muito mais galáxias com uma galáxia mais próxima convenientemente posicionada que possa gravitizá-las para nós, ou construir um telescópio ainda mais poderoso que o JWST.

O estudo foi publicado na Nature.