Telescópio ALMA descobre galáxias que podem reescrever a cronologia do Universo

Astronomia

Imagens mostram que o período de formação estelar intensa aconteceu apenas dois bilhões de anos depois da origem do universo

Guilherme Rosa

O brilho de algumas das galáxias distantes foi amplificado pelo efeito gravitacional de galáxias mais próximas. Em vermelho, aparecem as galáxias distantes estudadas pelos pesquisadores, distorcidas pelas  galáxias azuis em primeiro plano. (ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), J. Vieira et al.)

Novas observações feitas usando o Atacama Large Millimeter Array (ALMA) mostram que o período de formação estelar mais intensa da história do Universo pode ter ocorrido muito antes do que os astrônomos supunham. Se as descobertas forem confirmadas, a data pode ser antecipada em um bilhão de anos e reescrita para menos de dois bilhões de anos após o início do universo — que surgiu há 13,7 bilhões de anos. O resultado será publicado nesta quinta-feira em uma série de artigos nas revistas Nature e Astrophysical Journal. A realização dessa pesquisa só foi possível por causa da sensibilidade sem precedentes proporcionada pela rede de telescópios ALMA, em funcionamento desde 2011 e inaugurada em sua plenitude nesta quarta-feira, no deserto do Atacama, no Chile.

CONHEÇA A PESQUISA

Título original: Dusty starburst galaxies in the early Universe as revealed by gravitational lensing 

Onde foi divulgada: periódico Nature

Quem fez: J. D. Vieira, D. P. Marrone, S. C. Chapman, C. De Breuck, Y. D. Hezaveh, A. Weib, J. E. Aguirre, K. A. Aird, M. Aravena

Instituição: Instituto de Tecnologia da Califórnia, EUA

Dados de amostragem: Dados obtidos pela rede de telescópios ALMA sobre 26 galáxias no comprimento de onda de três milímetros. Todas as galáxias possuíam uma grande taxa de formação estelar.

Resultado: Ao medir a distância dessas galáxias, os pesquisadores descobriram que os episódios de formação estelar intensa ocorreram 12 bilhões de anos atrás, quando o Universo tinha menos de 2 bilhões de anos.

Até agora, os pesquisadores usavam modelos cosmológicos para prever que os episódios de formação estelar mais intensos ocorreram em galáxias brilhantes de grande massa, que teriam surgido pouco depois do início do universo. Estas galáxias seriam capazes de converter enormes reservatórios de gás e poeira cósmica em novas estrelas a uma taxa centenas de vezes mais rápida do que acontece nas galáxias espirais de hoje em dia, como a Via Láctea.

Embora esses eventos tenham se dado há bilhões de anos, essa fase antiga do Universo pode ser observada a partir da Terra hoje em dia, pois a luz emitida pelas distantes galáxias desse período demoram a chegar ao planeta. "Quanto mais distante estiver uma galáxia observada, mais longe no tempo estamos enxergando. Por isso, ao medir as distâncias, podemos reconstruir a linha cronológica do Universo", disse Joaquin Vieira, pesquisador do Instituto de Tecnologia da Califórnia e autor principal do artigo publicado na Nature.

As 26 galáxias estudadas nessa pesquisa foram encontradas pela primeira vez por meio do South Pole Telescope (SPT), que pertence à Fundação Científica Nacional dos Estados Unidos. Os dados foram transmitidos ao ALMA, capaz de realizar medições muito mais sensíveis, que passou a observar as galáxias e a estudar sua taxa de formação estelar. "A expansão do universo faz com que a luz emitida por galáxias muito distantes seja deslocada para comprimentos de onda cada vez maiores, para além do infravermelho. Essas ondas — chamadas de milimétricas e submilimétricas — só podem ser capturadas pelo ALMA", diz Gustavo Rojas, astrofísico da Universidade Federal de São Carlos.

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ASTRONOMIA SUBMILIMÉTRICA
Braço da astronomia que conduz observações de ondas que ficam entre o infravermelho e as micro-ondas no espectro eletromagnético. Nessa faixa, os astrônomos conseguem observar berçários de estrelas e o núcleo de nuvens escuras, com o objetivo de entender o processo de formação dos astros. Além disso, as observações também tentam determinar os mecanismos de formação e evolução das galáxias.

Ao medir a taxa com que os comprimentos de onda foram esticados, os astrônomos podem calcular quanto tempo a luz demorou para chegar ao telescópio e assim colocar cada galáxia no lugar certo da história cósmica. Após analisar os dados obtidos pelo ALMA, os cientistas ficaram surpresos ao descobrir que muitas destas galáxias se encontram ainda mais longe do que o esperado. Em média, os episódios de formação estelar intensa ocorreram há 12 bilhões de anos, quando o Universo tinha menos de 2 bilhões de anos — um bilhão de anos mais cedo do que o que se pensava anteriormente. "Se as datas forem confirmadas por outras observações, teremos que reescrever a cronologia do Universo", diz Rojas.

Recorde - Duas das galáxias observadas pelos pesquisadores são as mais distantes deste tipo já encontradas — elas são tão antigas que o Universo tinha apenas um bilhão de anos quando sua luz começou sua viagem em direção à Terra. Para a surpresa dos astrônomos, em uma destas galáxias mais distantes foi detectada a presença de água entre as moléculas observadas. É a observação mais distante e antiga de água já feita.

Como a construção do ALMA ainda estava sendo finalizada na época do estudo, os astrônomos utilizaram apenas uma rede parcial com 16 antenas. Hoje, já estão em funcionamento 59 antenas e as últimas sete devem ser entregues até julho, o que deve deixar as observações ainda mais sensíveis e ajudar a detectar galáxias ainda mais tênues.

ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada (ESO), Y. Hezaveh et al.

A luz emitida por uma galáxia longínqua é distorcida pelo efeito gravitacional de uma galáxia mais próxima, fazendo com que a fonte distante apareça mais brilhante. O brilho das  galáxias estudadas foi aumentado em até 22 vezes.

Lentes naturais – Para observar algumas dessas galáxias distantes, os pesquisadores contaram com a ajuda acidental de lentes gravitacionais, um efeito natural previsto pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein. A teoria afirma que a radiação emitida por uma galáxia distante pode ser distorcida pelo efeito gravitacional de uma galáxia mais próxima da Terra, atuando como uma lente de aumento e fazendo com que a fonte longínqua pareça mais brilhante. "Estamos utilizando a enorme quantidade de matéria escura que rodeia as galáxias no meio do caminho como um telescópio cósmico, para fazer com que galáxias ainda mais distantes pareçam maiores e mais brilhantes", diz Yashar Hezaveh, pesquisador da Universidade McGill, no Canadá, autor do estudo sobre o uso de lentes gravitacionais para encontrar as galáxias, publicado na Astrophysical Journal.

A análise dos dados revela que algumas das galáxias longínquas com formação estelar intensa apresentam naturalmente um brilho equivalente a 40 trilhões de sóis, sendo que as lentes gravitacionais amplificaram este valor em até 22 vezes.
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