doi.org/10.1371/journal.pgen.1010551
Credibilidade: 989
#Reionização
Utilizando as capacidades sem precedentes do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA, uma equipe internacional de cientistas obteve as primeiras observações espectroscópicas das galáxias mais tênues durante os primeiros bilhões de anos do Universo. Estas descobertas ajudam a responder a uma questão de longa data dos astrônomos: que fontes causaram a reionização do Universo? Estes novos resultados demonstraram efetivamente que pequenas galáxias anãs são as prováveis produtoras de quantidades prodigiosas de radiação energética.
Pesquisar a evolução do Universo primitivo é um aspecto importante da astronomia moderna. Ainda há muito sendo entendido sobre o período da história inicial do Universo conhecido como a era da reionização [1]. Foi um período de escuridão sem estrelas ou galáxias, preenchido por uma densa névoa de gás hidrogênio, até que as primeiras estrelas ionizaram o gás ao seu redor e a luz começou a viajar através dele. Os astrônomos passaram décadas tentando identificar as fontes que emitiam radiação suficientemente poderosa para dissipar gradualmente este nevoeiro de hidrogénio que cobria o Universo primordial.
O programa Ultradeep NIRSpec e NIRCam Observations before the Epoch of Reionization (UNCOVER) (#2561) consiste em imagens e observações espectroscópicas do aglomerado de lentes Abell 2744. Uma equipe internacional de astrônomos usou lentes gravitacionais por este alvo, também conhecido como Cluster de Pandora , para investigar as fontes do período de reionização do Universo. As lentes gravitacionais [2] ampliam e distorcem a aparência de galáxias distantes, de modo que elas parecem muito diferentes daquelas que estão em primeiro plano. A “lente” do aglomerado de galáxias é tão massiva que deforma a própria estrutura do espaço, tanto que a luz de galáxias distantes que passa pelo espaço distorcido também assume uma aparência distorcida. O efeito de ampliação permitiu à equipe estudar fontes de luz muito distantes além de Abell 2744, revelando oito galáxias extremamente fracas que de outra forma seriam indetectáveis, até mesmo para o James Webb.
A equipe descobriu que estas galáxias tênues são imensas produtoras de radiação ionizante, em níveis quatro vezes maiores do que se supunha anteriormente. Isto significa que a maioria dos fótons que reionizaram o Universo provavelmente vieram destas galáxias anãs.
“Esta descoberta revela o papel crucial desempenhado pelas galáxias ultrafracas na evolução do Universo primordial,” disse Iryna Chemerynska, membro da equipe, do Institut d’Astrophysique de Paris, em França. “Eles produzem fótons ionizantes que transformam hidrogênio neutro em plasma ionizado durante a reionização cósmica. Destaca a importância da compreensão das galáxias de baixa massa na formação da história do Universo.”
“Estas potências cósmicas emitem colectivamente energia mais do que suficiente para realizar o trabalho”, acrescentou o líder da equipe Hakim Atek, Institut d’Astrophysique de Paris, CNRS, Sorbonne Université, França, e autor principal do artigo que descreve este resultado. “Apesar do seu pequeno tamanho, estas galáxias de baixa massa são produtoras prolíficas de radiação energética, e a sua abundância durante este período é tão substancial que a sua influência coletiva pode transformar todo o estado do Universo.”
Para chegar a esta conclusão, a equipe primeiro combinou dados de imagens ultraprofundas do James Webb com imagens auxiliares de Abell 2744 do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, a fim de selecionar candidatas a galáxias extremamente fracas na época da reionização. Isto foi seguido por espectroscopia com o espectrógrafo Near-InfraRed do James Webb (NIRSpec). O Multi-Shutter Assembly do instrumento foi usado para obter espectroscopia de múltiplos objetos dessas galáxias fracas. Esta é a primeira vez que os cientistas medem de forma robusta a densidade numérica destas galáxias tênues e confirmam com sucesso que são a população mais abundante durante a época da reionização. Isto também marca a primeira vez que o poder ionizante destas galáxias foi medido, permitindo aos astrônomos determinar que estão a produzir radiação energética suficiente para ionizar o Universo primordial.
“A incrível sensibilidade do NIRSpec combinada com a amplificação gravitacional fornecida pelo Abell 2744 permitiu-nos identificar e estudar em detalhe estas galáxias dos primeiros bilhões de anos do Universo, apesar de serem 100 vezes mais tênues do que a nossa Via Láctea,” continuou Atek.
Num próximo programa de observação do James Webb, denominado GLIMPSE, os cientistas obterão as observações mais profundas de sempre no céu. Ao visar outro aglomerado de galáxias, denominado Abell S1063, serão identificadas galáxias ainda mais tênues durante a época da reionização, a fim de verificar se esta população é representativa da distribuição de galáxias em grande escala. Como estes novos resultados se baseiam em observações obtidas num campo, a equipe observa que as propriedades ionizantes de galáxias tênues podem aparecer de forma diferente se residirem em regiões demasiado densas. Observações adicionais num campo independente fornecerão, portanto, informações adicionais para ajudar a verificar estas conclusões. As observações do GLIMPSE também ajudarão os astrônomos a investigar o período conhecido como Aurora Cósmica, quando o Universo tinha apenas alguns milhões de anos, para desenvolver a nossa compreensão do surgimento das primeiras galáxias.
Notas
[1] A teoria prevê que as primeiras estrelas tinham 30 a 300 vezes a massa do nosso Sol e milhões de vezes mais brilho, ardendo durante apenas alguns milhões de anos antes de explodirem como supernovas. A energética luz ultravioleta dessas primeiras estrelas foi capaz de dividir os átomos de hidrogênio de volta em elétrons e prótons (ou ionizá-los). Esta era, desde o fim da Idade das Trevas até quando o Universo tinha cerca de bilhões de anos, é conhecida como a época da reionização. Este é o período em que a maior parte do hidrogénio neutro foi reionizado pela crescente radiação das primeiras estrelas massivas. A reionização é um fenómeno importante na história do nosso Universo, pois apresenta um dos poucos meios pelos quais podemos (indiretamente) estudar estas primeiras estrelas e galáxias.
[2] As lentes gravitacionais ocorrem quando um corpo celeste massivo – como um aglomerado de galáxias – causa uma curvatura suficiente do espaço-tempo para que o caminho da luz ao seu redor seja visivelmente curvado, como se fosse uma lente. O corpo que faz com que a luz se curve é chamado de lente gravitacional. De acordo com a teoria geral da relatividade de Einstein, o tempo e o espaço estão fundidos numa quantidade conhecida como espaço-tempo. Dentro desta teoria, objetos massivos fazem com que o espaço-tempo se curve, e a gravidade é simplesmente a curvatura do espaço-tempo. À medida que a luz viaja através do espaço-tempo, a teoria prevê que o caminho percorrido pela luz também será curvado pela massa de um objeto. As lentes gravitacionais são um exemplo dramático e observável da teoria de Einstein em ação. Corpos celestes extremamente massivos, como aglomerados de galáxias, fazem com que o espaço-tempo seja significativamente curvado. Em outras palavras, eles atuam como lentes gravitacionais. Quando a luz de uma fonte de luz mais distante passa por uma lente gravitacional, o caminho da luz é curvo e resulta em uma imagem distorcida do objeto distante.
Publicado em 06/03/2024 19h24
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