Um novo instrumento único, juntamente com um poderoso telescópio e uma pequena ajuda da natureza, deu aos pesquisadores a capacidade de perscrutar berçários galácticos no coração do jovem universo.
Após o big bang, cerca de 13,8 bilhões de anos atrás, o universo primitivo foi preenchido com enormes nuvens de gás neutro difuso, conhecidos como sistemas Damped Lyman-α, ou DLAs. Esses DLAs serviram como berçários galácticos, à medida que os gases se condensavam lentamente para alimentar a formação de estrelas e galáxias. Eles ainda podem ser observados hoje, mas não é fácil.
“Os DLAs são a chave para entender como as galáxias se formam no universo, mas normalmente são difíceis de observar, pois as nuvens são muito difusas e não emitem luz”, diz Rongmon Bordoloi, professor assistente de física da North Carolina State University. e autor correspondente da pesquisa.
Atualmente, os astrofísicos usam quasares – buracos negros supermassivos que emitem luz – como “luz de fundo” para detectar as nuvens DLA. E embora esse método permita que os pesquisadores localizem os DLAs, a luz dos quasares atua apenas como pequenos espetos através de uma nuvem massiva, dificultando os esforços para medir seu tamanho e massa totais.
Mas Bordoloi e John O’Meara, cientista-chefe do W.M. O Observatório Keck em Kamuela, Havaí, encontrou uma maneira de contornar o problema usando uma galáxia com lente gravitacional e espectroscopia de campo integral para observar dois DLAs – e as galáxias hospedeiras – que se formaram cerca de 11 bilhões de anos atrás, não muito depois do big bang.
“Galáxias com lentes gravitacionais referem-se a galáxias que parecem esticadas e iluminadas”, diz Bordoloi. “Isso ocorre porque há uma estrutura gravitacionalmente massiva na frente da galáxia que dobra a luz que vem dela enquanto viaja em nossa direção. Então acabamos olhando para uma versão estendida do objeto – é como usar um telescópio cósmico que aumenta a ampliação e nos dá uma melhor visualização.
“A vantagem disso é dupla: primeiro, o objeto de fundo é estendido pelo céu e brilhante, por isso é fácil fazer leituras de espectro em diferentes partes do objeto. Segundo, porque a lente estende o objeto, você pode sondar escalas muito pequenas . Por exemplo, se o objeto tem um ano-luz de diâmetro, podemos estudar pequenos pedaços com alta fidelidade.”
As leituras de espectro permitem que os astrofísicos “vejam” elementos no espaço profundo que não são visíveis a olho nu, como DLAs gasosos difusos e as galáxias potenciais dentro deles. Normalmente, reunir as leituras é um processo longo e meticuloso. Mas a equipe resolveu esse problema realizando espectroscopia de campo integral com o Keck Cosmic Web Imager.
A espectroscopia de campo integral permitiu que os pesquisadores obtivessem um espectro em cada pixel da parte do céu visado, tornando a espectroscopia de um objeto estendido no céu muito eficiente. Essa inovação combinada com a galáxia de lente gravitacional esticada e iluminada permitiu que a equipe mapeasse o gás DLA difuso no céu com alta fidelidade. Por meio desse método, os pesquisadores conseguiram determinar não apenas o tamanho dos dois DLAs, mas também que ambos continham galáxias hospedeiras.
“Esperei a maior parte da minha carreira por essa combinação: um telescópio e instrumento suficientemente poderosos, e a natureza nos dando um pouco de alinhamentos de sorte para estudar não um, mas dois DLAs de uma maneira nova e rica”, diz O’Meara. “É ótimo ver a ciência se concretizar.”
Os DLAs são enormes, a propósito. Com diâmetros superiores a 17,4 kiloparsecs, eles têm mais de dois terços do tamanho da Via Láctea hoje. Para comparação, 13 bilhões de anos atrás, uma galáxia típica teria um diâmetro de menos de 5 kiloparsecs. Um parsec é de 3,26 anos-luz e um kiloparsec é de 1.000 parsecs, então a luz levaria cerca de 56.723 anos para percorrer cada DLA.
“Mas, para mim, a coisa mais incrível sobre os DLAs que observamos é que eles não são únicos – eles parecem ter semelhanças em estrutura, galáxias hospedeiras foram detectadas em ambos e suas massas indicam que eles contêm combustível suficiente para a próxima geração. de formação de estrelas”, diz Bordoloi. “Com esta nova tecnologia à nossa disposição, seremos capazes de aprofundar como as estrelas se formaram no início do universo”.
Publicado em 28/05/2022 19h33
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