Pesquisadores conseguiram fazer algumas determinações importantes sobre as primeiras galáxias a existir em um dos primeiros estudos astrofísicos do amanhecer cósmico, o período no início do Universo quando as primeiras estrelas e galáxias se formaram.
Usando dados do radiotelescópio SARAS3 da Índia, a equipe liderada pela Universidade de Cambridge foi capaz de observar o início do Universo, apenas 200 milhões de anos após o Big Bang, e estabelecer limites para a produção de massa e energia das primeiras estrelas e galáxias.
Contra-intuitivamente, os pesquisadores conseguiram colocar esses limites nas primeiras galáxias ao não encontrar o sinal que procuravam, conhecido como linha de hidrogênio de 21 centímetros.
Essa não detecção permitiu que os pesquisadores fizessem outras determinações sobre o amanhecer cósmico, colocando restrições nas primeiras galáxias, permitindo-lhes descartar cenários incluindo galáxias que eram aquecedores ineficientes de gás cósmico e produtores eficientes de emissões de rádio.
Embora ainda não possamos observar diretamente essas primeiras galáxias, os resultados, relatados na revista Nature Astronomy, representam um passo importante na compreensão de como nosso Universo passou de vazio para cheio de estrelas.
Compreender o Universo primitivo, quando as primeiras estrelas e galáxias se formaram, é um dos principais objetivos dos novos observatórios. Os resultados obtidos com os dados do SARAS3 são um estudo de prova de conceito que abre caminho para a compreensão desse período no desenvolvimento do Universo.
O projeto SKA – que envolve dois telescópios de última geração a serem concluídos até o final da década – provavelmente será capaz de fazer imagens do início do Universo, mas para os telescópios atuais, o desafio é detectar o sinal cosmológico das primeiras estrelas re-irradiado por espessas nuvens de hidrogênio.
Este sinal é conhecido como a linha de 21 centímetros – um sinal de rádio produzido por átomos de hidrogênio no início do Universo. Ao contrário do recém-lançado JWST, que será capaz de obter imagens diretamente de galáxias individuais no início do Universo, os estudos da linha de 21 centímetros, feitos com radiotelescópios como o REACH (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen), liderado por Cambridge, pode nos dizer sobre populações inteiras de galáxias ainda mais antigas. Os primeiros resultados do REACH são esperados no início de 2023.
Para detectar a linha de 21 centímetros, os astrônomos procuram um sinal de rádio produzido por átomos de hidrogênio no início do Universo, afetados pela luz das primeiras estrelas e pela radiação por trás da névoa de hidrogênio. No início deste ano, os mesmos pesquisadores desenvolveram um método que, segundo eles, lhes permitirá ver através da névoa do universo primordial e detectar a luz das primeiras estrelas. Algumas dessas técnicas já foram colocadas em prática no presente estudo.
Em 2018, outro grupo de pesquisa operando o experimento EDGES publicou um resultado que sugeria uma possível detecção dessa luz mais antiga. O sinal relatado era extraordinariamente forte em comparação com o esperado na imagem astrofísica mais simples do Universo primitivo. Recentemente, os dados do SARAS3 contestaram essa detecção: o resultado do EDGES ainda aguarda confirmação de observações independentes.
Em uma reanálise dos dados do SARAS3, a equipe liderada por Cambridge testou uma variedade de cenários astrofísicos que poderiam explicar o resultado do EDGES, mas não encontraram um sinal correspondente. Em vez disso, a equipe conseguiu colocar alguns limites nas propriedades das primeiras estrelas e galáxias.
Os resultados da análise SARAS3 são a primeira vez que as observações de rádio da linha média de 21 centímetros foram capazes de fornecer uma visão das propriedades das primeiras galáxias na forma de limites de suas principais propriedades físicas.
Trabalhando com colaboradores na Índia, Austrália e Israel, a equipe de Cambridge usou dados do experimento SARAS3 para procurar sinais do amanhecer cósmico, quando as primeiras galáxias se formaram. Usando técnicas de modelagem estatística, os pesquisadores não conseguiram encontrar um sinal nos dados do SARAS3.
“Estávamos procurando um sinal com uma certa amplitude”, disse Harry Bevins, Ph.D. estudante do Laboratório Cavendish de Cambridge e principal autor do artigo. “Mas ao não encontrar esse sinal, podemos colocar um limite em sua profundidade. Isso, por sua vez, começa a nos informar sobre o quão brilhantes eram as primeiras galáxias”.
“Nossa análise mostrou que o sinal de hidrogênio pode nos informar sobre a população das primeiras estrelas e galáxias”, disse a coautora Dra. Anastasia Fialkov, do Instituto de Astronomia de Cambridge. “Nossa análise coloca limites em algumas das principais propriedades das primeiras fontes de luz, incluindo as massas das primeiras galáxias e a eficiência com que essas galáxias podem formar estrelas. Também abordamos a questão de quão eficientemente essas fontes emitem raios-X, rádio e radiação ultravioleta”.
“Este é um passo inicial para nós no que esperamos que seja uma década de descobertas sobre como o Universo fez a transição da escuridão e do vazio para o complexo reino das estrelas, galáxias e outros objetos celestes que podemos ver da Terra hoje”, disse o Dr. Eloy de Lera Acedo do Laboratório Cavendish de Cambridge, que co-liderou a pesquisa.
O estudo observacional, o primeiro desse tipo em muitos aspectos, exclui cenários em que as primeiras galáxias eram mais de mil vezes mais brilhantes que as galáxias atuais em sua emissão de banda de rádio e eram fracos aquecedores de gás hidrogênio.
“Nossos dados também revelam algo que já foi sugerido antes, que é que as primeiras estrelas e galáxias poderiam ter tido uma contribuição mensurável para a radiação de fundo que apareceu como resultado do Big Bang e que vem viajando em nossa direção desde então. ” disse de Lera Acedo, “Também estamos estabelecendo um limite para essa contribuição”.
“É incrível poder olhar tão longe no tempo – apenas 200 milhões de anos após o Big Bang – e aprender sobre o início do Universo”, disse Bevins.
Publicado em 02/01/2023 09h34
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