COSMOS-Web revela o maior olhar, de sempre, do Universo profundo

O levantamento COSMOS-Web apresentou a maior visão profunda, de sempre, do Universo, agora que todos os seus dados estão disponíveis publicamente num formato facilmente pesquisável.

O COSMOS-Web foi o maior programa de observação geral selecionado para o Ciclo 1 do Telescópio Espacial James Webb (JWST). O levantamento mapeou 0,54 graus quadrados do céu (aproximadamente a área de três Luas Cheias) com o instrumento NIRCam (Near Infrared Camera) e uma área de 0,2 graus quadrados com o MIRI (Mid Infrared Instrument).

“A sensibilidade do JWST permite-nos ver galáxias muito mais ténues e distantes do que nunca, pelo que podemos encontrar galáxias no início do Universo e estudar as suas propriedades em pormenor”, disse Jeyhan Kartaltepe, professora associada do Instituto de Tecnologia de Rochester, que lidera o COSMOS-Web juntamente com Caitlin Casey, professora de física na Universidade da Califórnia, em Santa Barbara, EUA. “A qualidade dos dados continua a surpreender-nos. É muito melhor do que o esperado”.

“O nosso objetivo era construir este campo profundo do espaço a uma escala física que excedesse em muito tudo o que tinha sido feito antes”, disse Casey. O levantamento captou alguns dos objetos mais raros do Universo, e agora estas imagens e dados de apoio estão disponíveis para os cientistas neles “mergulharem” e fazerem novas descobertas.

As imagens profundas são acompanhadas de um catálogo (o catálogo “COSMOS2025”), que contém fotometria, medições estruturais, desvios para o vermelho e parâmetros físicos de cerca de 800.000 galáxias. Graças às imagens do Webb e aos dados anteriores do COSMOS, o catálogo abre muitas vias científicas inexploradas.

“Este foi um empreendimento ambicioso que exigiu o desenvolvimento de tecnologias inovadoras para medir simultaneamente a fotometria e a morfologia de quase 800.000 galáxias em 37 imagens”, disse Marko Shuntov, investigador pós-doutorado no Cosmic DAWN Center e autor principal do artigo científico que descreve o catálogo. “A construção do catálogo exigiu um enorme trabalho de equipa, mas valeu a pena porque, em última análise, forneceu alguns dos desvios para o vermelho e parâmetros físicos de galáxias da mais alta qualidade que permitirão uma ciência inovadora”.

“Uma grande parte deste projeto é a democratização da ciência e o facto de tornar as ferramentas e os dados dos melhores telescópios acessíveis à comunidade em geral”, disse Casey. Os dados foram tornados públicos quase imediatamente após terem sido recolhidos, mas apenas aqueles com conhecimentos técnicos especializados e acesso a supercomputadores são capazes de os processar numa forma útil para análises científicas. A disponibilidade pública do catálogo retira esse trabalho da equação para a comunidade e, portanto, produzirá ciência inovadora para além dos objetivos científicos iniciais do programa. A equipa do COSMOS-Web trabalhou diligentemente para reduzir os dados, eliminando artefactos, subtraindo fundos e melhorando a astrometria de modo a fornecer análises fotométricas e morfológicas precisas.

As descobertas, fruto das observações do JWST, mostraram como os dados do NIRCam são essenciais para compreender as galáxias no início do Universo. Assegurar que os dados estão prontos para a ciência é uma proeza que faz do COSMOS-Web a calibração padrão para futuros levantamentos de grande porte e para a próxima geração de telescópios.

“Combinámos mais de 10.000 imagens do céu para formar a maior imagem contígua disponível do JWST”, explicou Maximilien Franco, investigador pós-doutorado na Universidade Paris-Saclay e autor principal do trabalho de apresentação dos dados NIRCam do COSMOS-Web. “Para tal, tivemos de assegurar que todas as imagens estavam corretamente alinhadas com os dados existentes e também de corrigir eventuais vieses observacionais. Foi incrível revelar galáxias que eram anteriormente invisíveis noutros comprimentos de onda, e muito gratificante vê-las finalmente aparecer nos nossos computadores”.

De igual modo, o MIRI desempenha um papel fundamental na identificação e determinação da massa das primeiras galáxias e na investigação da formação estelar ao longo do tempo cósmico. Já foi fundamental na confirmação de algumas das galáxias mais distantes descobertas pelo JWST. Utilizando comprimentos de onda mais longos, que são menos afetados pela extinção da poeira, o MIRI tem a capacidade de detetar e caracterizar galáxias em desvios para o vermelho mais elevados, ou em épocas mais antigas do Universo.

“É notável ver o progresso que fizemos desde o trabalho pioneiro do Spitzer no infravermelho médio”, disse Santosh Harish, investigador pós-doutorado associado ao Instituto de Tecnologia de Rochester e autor principal do trabalho de apresentação dos dados MIRI do COSMOS-Web. “Com o MIRI, estamos agora a aceder a um nível de detalhe sem precedentes nesta gama de comprimentos de onda, fornecendo novas perspetivas sobre os processos que impulsionam a evolução das galáxias e o crescimento dos buracos negros. O salto na sensibilidade e na resolução espacial é extraordinário, e as observações MIRI do COSMOS-Web são um ótimo exemplo do que este instrumento é capaz”.

Juntamento com os dados propriamente ditos e três artigos científicos iniciais sobre o catálogo, imagens no infravermelho próximo e imagens no infravermelho médio, o lançamento dos dados também inclui um visualizador interativo onde os utilizadores podem pesquisar imagens diretamente para objetos específicos ou clicar em objetos para ver as suas propriedades.

Quando o JWST foi lançado em 2021, a equipa COSMOS-Web, de quase 50 investigadores de todo o mundo, teve o maior tempo de observação do primeiro ano do telescópio. A equipa definiu três objetivos principais: mapear e compreender mais eficazmente a Era da Reionização (os primeiros mil milhões de anos do universo após o Big Bang); rastrear e identificar a evolução de galáxias massivas nos primeiros dois mil milhões de anos; e estudar como a matéria escura está ligada à matéria visível dentro das galáxias.

Após mais de 150 visitas e 250 horas de observações, os dados JWST do COSMOS-Web forneceram a informação necessária para atingir esses objetivos. O levantamento lançou os cientistas numa nova era de observação espacial e análise de dados, e abriu a porta a um futuro de compreensão e descoberta como nunca antes.

“Temos dados e catálogos de que estamos muito seguros, que testámos e que muito trabalhámos”, acrescentou Kartaltepe. “Não posso exagerar o quanto o campo mudou. Com os dados do JWST, temos agora uma nova janela para o Universo”.

Além disso, dois novos estudos do COSMOS-Web – um que examina a evolução estrutural das galáxias mais brilhantes de grupo ao longo dos últimos 11 mil milhões de anos, e outro que aplica inteligência artificial para estimar as principais propriedades das galáxias a partir da fotometria – realçam o vasto potencial científico do catálogo.

“Graças ao JWST e ao levantamento COSMOS-Web, podemos agora rastrear o modo como as galáxias cessam a formação estelar, sofrem transformações morfológicas e como estes processos são moldados pelo seu ambiente ao longo do tempo cósmico, prevendo até as propriedades das galáxias através de métodos baseados em IA”, afirmou Ghassem Gozaliasl, astrofísico e investigador da Universidade Aalto.

No clima atual, a ciência aberta e acessível é mais importante do que nunca. Qualquer pessoa no mundo pode agora aceder aos mesmos catálogos e imagens utilizados pela colaboração COSMOS. Ao mesmo tempo, a notável longevidade da colaboração é uma consequência inata da natureza aberta da equipa; qualquer pessoa pode juntar-se e contribuir para a excelente ciência que está a ser feita com os dados COSMOS. Este espírito coletivo tem sido notavelmente bem-sucedido em revigorar continuamente a equipa ao longo dos últimos vinte anos.

O processamento dos dados do COSMOS-Web, desde os pixéis até aos catálogos, foi realizado num núcleo dedicado de computadores no Instituto de Astrofísica de Paris, financiado pela região de Île-de-France, pelo CNES (Centre national d’études spatiales) e pelo CNRS (Centre national de la recherche scientifique).

O COSMOS-Web é liderado conjuntamente por Kartaltepe e Casey como parte do levantamento COSMOS (Cosmic Evolution Survey). Com início em 2007, o COSMOS juntou mais de 200 cientistas de todo o mundo para estudar a formação e a evolução das galáxias utilizando telescópios espaciais e terrestres.

// Levantamento COSMOS (comunicado de imprensa)
// Instituto de Tecnologia de Rochester (comunicado de imprensa)
// Universidade da Califórnia em Santa Barbara (comunicado de imprensa)
// Universidade Aalto (comunicado de imprensa)
// Universidade do Nordeste (comunicado de imprensa)
// Observatório McDonald (comunicado de imprensa)
// LAM (comunicado de imprensa)
// IAC (comunicado de imprensa)
// Artigo científico #1 (arXiv)
// Artigo científico #2 (arXiv)
// Artigo científico #3 (arXiv)

Saiba mais:

COSMOS-Web:
Página principal
DR1 do Cosmos-Web
Visualizador interativo

Universo:
A expansão acelerada do Universo (Wikipedia)
Universo (Wikipedia)
Idade do Universo (Wikipedia)
Época da Reionização (Wikipedia)
Estrutura a grande-escala do Universo (Wikipedia)
Big Bang (Wikipedia)
Cronologia do Big Bang (Wikipedia)
Modelo Lambda-CDM (Wikipedia)

JWST (Telescópio Espacial James Webb):
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STScI
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