Astrônomos analisam mais de 100 eventos de estrelas ampliadas pelo efeito de lentes gravitacionais e usam o telescópio James Webb para investigar astros extremamente distantes, abrindo uma janela para populações estelares do Universo antigo

Observações feitas pelo telescópio espacial James Webb entre 2022 e 2024 revelaram 104 eventos de estrelas altamente ampliadas na distante galáxia Dragon, oferecendo uma amostra estatística inédita para investigar populações estelares antigas e testar modelos sobre a matéria escura.

Como o telescópio James Webb detectou 104 eventos estelares na galáxia Dragon?

A equipe liderada por José María Palencia analisou imagens obtidas em três ciclos observacionais realizados entre 2022 e 2024, aplicando uma técnica fotométrica no domínio do tempo para comparar diferentes épocas e identificar variações transitórias de brilho na Dragon.

Esse levantamento superou amplamente o recorde anterior de 44 detecções nessa mesma fonte, consolidando a Dragon, situada em redshift 0,725 atrás do aglomerado Abell 370, como o principal laboratório extragaláctico para observar estrelas individuais extremamente distantes e luminosas.

Por que o aglomerado Abell 370 funciona como uma lente gravitacional gigante?

O massivo aglomerado de galáxias Abell 370 curva intensamente o espaço ao seu redor, atuando como uma poderosa lente gravitacional que distorce e amplia a luz da galáxia Dragon em um gigantesco arco luminoso atravessado por múltiplas curvas críticas.

Quando estrelas da Dragon cruzam as microcáusticas geradas pelas estrelas intraconglomerado próximas a essas curvas críticas, o fenômeno de microlentes produz amplificações de centenas a milhares de vezes, elevando o fluxo estelar acima do limite de detecção do instrumento infravermelho.

O que esses eventos revelam sobre as estrelas massivas do Universo antigo?

Como a galáxia Dragon possui um redshift relativamente baixo de aproximadamente 0,725 e elevado brilho superficial, sua menor distância de luminosidade facilita a identificação individual das estrelas mais brilhantes e evoluídas que habitavam aquele ambiente cósmico há bilhões de anos.

A partir da distribuição espacial dos 104 eventos registrados, os pesquisadores mediram a inclinação da extremidade superior da função de luminosidade estelar em 2,18, além de restringirem a densidade superficial de massa das microlentes presentes no interior do aglomerado.

As características físicas desses eventos estelares observados na galáxia Dragon envolvem fatores específicos:

• Estrelas supergigantes extremamente luminosas atingem magnitudes aparentes detectáveis pelo telescópio James Webb durante os picos de amplificação gravitacional.
• A duração típica das variações de brilho ocorre em escalas de dias a semanas, embora estrelas maiores permaneçam visíveis por meses.
• Após atravessar uma microcáustica, o par de microimagens mais brilhantes desaparece e o fluxo retorna rapidamente ao valor previsto pelo macromodelo.

De que forma essa descoberta ajuda a testar modelos de matéria escura?

Além de caracterizar populações estelares distantes, os eventos de cruzamento de cáustica funcionam como sondas sensíveis à distribuição de massa em pequena escala, permitindo investigar a natureza física da matéria escura no interior do aglomerado gravitacional Abell 370.

Os autores também examinaram a assimetria de paridade dos eventos estelares detectados, um indicador proposto para testar a hipótese de matéria escura ondulatória, confirmando que essa assinatura permanece presente no modelo fiducial de lente construído para o sistema.

O mapeamento estatístico dos eventos no aglomerado Abell 370 contribui para avanços importantes na astronomia:

• Avaliação de candidatos compactos de matéria escura, como buracos negros primordiais, que geram microcáusticas pontuais distintas de estruturas estendidas.
• Investigação de flutuações de densidade associadas à matéria escura difusa por meio da distribuição espacial das estrelas ampliadas.
• Traçado alternativo das regiões de máxima amplificação para mapear com maior precisão a posição das curvas críticas do aglomerado.

Quais são os próximos passos para o estudo de estrelas ampliadas no espaço profundo?

A reunião de mais de cem eventos em uma única galáxia demonstra que campanhas fotométricas em múltiplas épocas com o telescópio James Webb superam a limitação estatística dos levantamentos anteriores e inauguram uma nova etapa na astronomia extragaláctica.

Novas observações profundas em arcos gravitacionais semelhantes permitirão refinar ainda mais os modelos de massa de aglomerados, acompanhar curvas de luz individuais e ampliar o censo de estrelas massivas em épocas cada vez mais remotas do Universo.