MACS J0454.1-0300: Webb mostra aglomerado de galáxias dourado que curva a luz de galáxias distantes

O aglomerado dourado e os arcos alaranjados

As galáxias douradas espalhadas pela imagem pertencem ao aglomerado MACS J0454.1-0300. Nós o vemos como ele era quando o Universo tinha cerca de 8 bilhões de anos, então sua luz viajou por pouco menos de 6 bilhões de anos. A conta é nossa (13,8 menos 8 dá 5,8), não um número da ESA. As douradas são galáxias elípticas, e a maior e mais brilhante delas fica no centro.

O tom dourado tem uma razão física, embora as cores tenham sido escolhidas para a imagem. As galáxias elípticas têm pouco gás para formar estrelas novas, então sua luz vem sobretudo de estrelas velhas e frias, que emitem mais em comprimentos de onda longos. A imagem usa dez faixas de 0,9 a 4,4 micrômetros, quase todas no infravermelho, e as faixas de comprimento de onda maior são mostradas em tons mais vermelhos; por isso essas galáxias aparecem douradas.

Os arcos alaranjados à esquerda não fazem parte do aglomerado. São galáxias muito mais distantes, e a gravidade do aglomerado esticou a forma delas em arcos. Além disso, a expansão do espaço deslocou a luz dessas galáxias para comprimentos de onda maiores, em direção ao vermelho. O Webb é muito mais sensível que o Hubble a essa luz, e é por isso que mostra centenas de galáxias que não aparecem numa imagem do mesmo aglomerado feita pelo Hubble em 2014.

Como um aglomerado amplia a luz e de onde vem o número 300

Um aglomerado é uma massa enorme, e a massa curva o caminho da luz. Quando o alinhamento é bom o bastante, a luz de uma galáxia de fundo pode chegar até nós por vários caminhos curvos. O resultado são arcos e, às vezes, várias imagens do mesmo objeto. Quatro ou mais imagens de uma galáxia exigem um alinhamento preciso, que, segundo a ESA/Webb, só acontece em 10% a 20% dos aglomerados.

A lente gravitacional não torna nenhum trecho da fonte mais brilhante; ela apenas o espalha por uma área maior do céu. A ampliação é a área da imagem dividida pela área da fonte, de modo que uma imagem com área 300 vezes maior, e com o mesmo brilho em cada trecho, nos traz 300 vezes mais luz. A ampliação chega ao máximo perto de certas linhas no céu, chamadas curvas críticas. Para uma fonte pontual idealizada, a teoria prevê ali uma ampliação ilimitada; uma fonte real tem tamanho finito, e por isso sua ampliação também é finita — e, quanto menor a fonte, maior pode ser essa ampliação. É por isso que os maiores valores de ampliação são os de pequenas regiões brilhantes, e não os de galáxias inteiras.

O número 300 vem de pequenas regiões brilhantes dentro das galáxias de fundo, algumas com apenas 5 anos-luz de diâmetro, que em alguns casos aparecem ampliadas mais de 300 vezes. Com a lente, o Webb consegue estudar objetos fracos demais para o seu espelho de 6,5 metros detectar sem essa ajuda.

O que a imagem revela e o que vem pela frente

O campo contém várias imagens de galáxias do Universo jovem: um grupo visto como era 2 bilhões de anos depois do Big Bang e uma galáxia isolada, vista apenas 800 milhões de anos depois dele. O grupo parece estar em fusão, o que aparentemente desencadeou um grande surto de formação de estrelas. Os pesquisadores encontraram duas vezes em MACS J0454.1-0300 a configuração rara de quatro ou mais imagens da mesma galáxia — é a primeira vez que essa configuração aparece mais de uma vez no mesmo aglomerado.

Os dados vêm de dois programas do Webb. Um deles, liderado por L. Furtak (programa 5058), procura estrelas individuais ampliadas por lentes gravitacionais no primeiro bilhão de anos do Universo. Neste aglomerado, o programa vai acompanhar uma das galáxias de fundo à procura de estrelas individuais com ampliação enorme; essas observações ainda estão por fazer, e o comunicado não traz resultados. O outro, liderado por S. Fujimoto (programa 6882), pretende observar uma grande amostra de aglomerados de galáxias em muitos comprimentos de onda, para estudar como a formação de estrelas começou nas primeiras galáxias.

Onde fica no céu e o que dá para ver por conta própria

O aglomerado fica em Órion, na ascensão reta 4 h 54 min e declinação −3° (a longitude e a latitude do céu), logo ao sul do equador celeste, e por isso pode ser visto dos dois hemisférios. Da latitude de São Paulo, ele sobe no máximo a cerca de 69° acima do horizonte norte. No início de dezembro, fica no lado do céu oposto ao Sol e, por isso, atinge a maior altura por volta da meia-noite.

Vê-lo com os próprios olhos já é outra história. O banco de dados SIMBAD registra a galáxia mais brilhante do aglomerado com magnitude 18,1 na banda I, do infravermelho próximo, e nenhuma galáxia do aglomerado tem magnitude visual (V) registrada mais brilhante que 19. Galáxias tão fracas estão além do que o olho consegue ver em telescópios amadores: por uma regra prática comum, um telescópio de 40 centímetros chega a cerca de magnitude 15, e um objeto de magnitude 19 tem brilho umas 40 vezes menor que um de magnitude 15. Nesta imagem, os arcos da lente aparecem graças à sensibilidade do Webb ao infravermelho; nenhuma ocular vai mostrá-los.