O Telescópio Espacial James Webb está reescrevendo o que pensávamos saber sobre o universo
Introdução
A maioria de nós foi ensinada - e tem como certo - que o universo começou com um "Big Bang", tem cerca de 13,7 bilhões de anos e continua a se expandir a uma taxa constante graças à energia escura. Acredita-se que a matéria escura fria constitua a maior parte da matéria do universo, mas é invisível e seus efeitos só podem ser observados por meio das forças gravitacionais. A matéria comum - do tipo que podemos ver em planetas, estrelas, gases e assim por diante - compõe uma proporção relativamente pequena da massa total do universo. Essas são as principais características do que é conhecido como modelo cosmológico padrão, que se baseia em uma estrutura teórica conhecida como Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM).
O que é o JWST e em que ele difere do Telescópio Espacial Hubble?
O lançamento do Telescópio Espacial James Webb (JWST) no site em 25 de dezembro de 2021 está levantando várias questões sérias sobre o modelo cosmológico padrão que provavelmente resultarão em revisões do modelo cosmológico padrão (JWST) em 25 de dezembro de 2021 está levantando uma série de questões sérias sobre o modelo cosmológico padrão que provavelmente resultarão em revisões do modelo padrão, se não o reescreverem substancialmente - ou até mesmo completamente. Para os não iniciados, o telescópio James Webb é o maior e mais poderoso telescópio espacial já feito, custando mais de US$ 10 bilhões e levando quase 20 anos para ser construído. O espelho primário do JWST tem 6,5 metros (21,3 pés) de diâmetro, significativamente maior do que o espelho de 2,4 metros (7,9 pés) do Hubble, o que lhe proporciona uma capacidade de captura de luz seis vezes maior. Embora o Hubble possa captar alguma luz infravermelha, ele foi projetado principalmente para captar a luz visível e a luz ultravioleta.
A ênfase do JWST na captação de luz infravermelha é importante, pois permite que ele veja através de nuvens de poeira cósmica e que olhe muito mais para trás no tempo. Como o universo está se expandindo, a luz das primeiras estrelas e galáxias sofreu "redshifted" da luz visível para a luz ultravioleta e, finalmente, para comprimentos de onda infravermelhos quando chega à nossa localização no universo. Embora o Hubble tenha sido capaz de usar lentes gravitacionais para ver até 13,4 bilhões de anos atrás, o JWST é capaz de resolver as imagens dessas galáxias com mais clareza e ver além das "galáxias infantis" (como a NASA as descreve) do Hubble para as primeiras galáxias que se formaram para ver o que deveriam ser "galáxias bebês". Até o momento, a galáxia mais antiga que o JWST conseguiu observar foi identificada como datando de apenas 320 milhões de anos após o Big Bang.
Quais são as descobertas mais significativas e desafiadoras do Telescópio Webb até o momento?
O JWST descobriu galáxias que - na atual escala de tempo cosmológica de 13,7 bilhões de anos - têm entre 500 milhões e 700 milhões de anos. Isso, por si só, não é inesperado. O que é inesperado é a massa dessas galáxias, muitas das quais estão alinhadas com o tamanho da nossa galáxia Via Láctea. Até o momento em que o JWST observou essas galáxias, pensava-se que era impossível que galáxias desse tamanho existissem tão cedo na história aparente do universo. Os cientistas esperavam que o JWT descobrisse galáxias relativamente pequenas durante essa escala de tempo, mas essas grandes galáxias que se formaram tão cedo no universo estão sendo chamadas de "destruidoras do universo", porque elas simplesmente não deveriam existir se o universo tivesse apenas 13,7 bilhões de anos, como tem sido a hipótese.
Uma dessas galáxias antigas, chamada de ZF-UDS-7329é maior do que a Via Láctea, mas foi formada apenas 800 milhões de anos após o Big Bang. Até sua descoberta, pensava-se que apenas galáxias dessa escala não poderiam ser formadas até que a matéria escura tivesse sido semeada em todo o universo. Sua existência altera tanto a idade do universo quanto a maneira como os cientistas acreditavam que eram os requisitos para que galáxias desse tamanho pudessem se formar. O JWST também descobriu outras estruturas no espaço no centro da nossa própria Via Láctea - a cerca de 25.000 anos-luz de distância - que os cientistas nunca haviam observado antes e estão lutando para explicar. Essas estruturas incluem uma nuvem azul de hidrogênio ionizado que cobre uma região maciça do espaço na região de Sagitário C, incluindo o que foi descrito como estruturas "semelhantes a agulhas" que apontam caoticamente em várias direções.
Uma das características centrais do modelo cosmológico padrão é o que é conhecido como Constante de Hubble. O nome foi dado em homenagem a Edwin Hubble (como o telescópio), que observou pela primeira vez que o universo estava se expandindo e a uma taxa proporcional e constante em relação à distância de um objeto da Terra. As observações do telescópio Hubble resultaram no que ficou conhecido como a Tensão de Hubble, em que diferentes técnicas usadas para medir a taxa de expansão do universo produziram resultados diferentes. Agora, o JWST confirmou que essas observações divergentes estão de fato corretas e que o universo não está se expandindo a uma taxa constante, mas a taxas diferentes que variam quando observamos diferentes partes do universo. Essa descoberta contradiz diretamente o pensamento atual sobre a expansão do universo, caso um Big Bang tenha sido fundamental para sua criação e subsequente inflação.
O JWST também identificou muitos outros buracos negros gigantes que já haviam se formado no que entendemos ter sido o universo primitivo. Essa também é uma descoberta totalmente inesperada. Normalmente, os buracos negros supermassivos se formam por meio da acreção de gases ao longo de muitos milhões de anos, mas esses buracos negros supermassivos parecem ter se formado muito mais rapidamente do que se pensava ser possível. Eles também levantam questões sobre se eles cresceram muito mais rapidamente do que se pensava ser possível ou se, na verdade, nasceram grandes. De qualquer forma, as descobertas do JWST reescreverão os livros - seja sobre a maneira e a taxa de formação dos buracos negros supermassivos, seja sobre o fato de o universo ser muito mais antigo do que os cientistas pensavam originalmente.
O que isso significa para o modelo cosmológico padrão?
Um cientista da Universidade de Ottawa, Dr. Rajendra Gupta, afirma que seus cálculos mais recentes indicam que o universo não tem 13,7 bilhões de anos, mas 26,7 bilhões de anos. Ele argumenta que o modelo cosmológico padrão, que usa o desvio para o vermelho para determinar a idade do universo, também precisa levar em conta o que é conhecido como a "teoria da luz cansada", que sugere que a razão para o desvio aparente para o vermelho não é a distância que um objeto está da Terra, mas também precisa levar em conta o fato de que a energia dos fótons de luz se dissipa com o tempo. Isso poderia explicar por que uma estrela como Methuslahatualmente a estrela mais antiga já observada, parece ser mais velha do que a idade do universo atualmente aceita, estimada em 14,3 bilhões de anos.
No entanto, a opinião de Gupta ainda não é compartilhada pela comunidade científica em geral, pois o JWST só está em operação desde meados de 2022 e ainda há muito mais dados a serem coletados e muito mais cálculos numéricos e modelos teóricos a serem aplicados aos dados. Há proposições ainda mais radicais do que a de Gupta, que afirma que a origem do universo não começou com o Big Bang, enquanto outra teoria pressupõe que o universo simplesmente existiu eternamente. Após o lançamento do JWST, uma coisa é certa: o modelo cosmológico padrão precisará ser, no mínimo, revisado. Só o tempo dirá se ele precisará ser completamente reescrito e substituído por uma explicação totalmente nova para a origem do universo e sua idade.
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