Astrônomos do MIT e de outros lugares usaram um aglomerado maciço de galáxias como uma lupa de raios-X para voltar no tempo, para quase 9,4 bilhões de anos atrás. No processo, eles viram uma pequena galáxia anã em seus primeiros estágios de formação de estrelas, de alta energia.
Embora os aglomerados de galáxias tenham sido usados ??para ampliar objetos em comprimentos de onda ópticos, esta é a primeira vez que os cientistas utilizam esses gigantes gravitacionais maciços para aumentar o zoom em fenômenos extremos e distantes que emitem raios-X.
O que eles detectaram parece ser uma mancha azul de uma galáxia infantil, com cerca de 1/1000 do tamanho da nossa Via Láctea, no meio da agitação de suas primeiras estrelas – objetos supermassivos e de vida curta, cosmicamente, que emitem raios-X de alta energia , que os pesquisadores detectaram na forma de um arco azul brilhante.
“É essa pequena mancha azul, o que significa que é uma galáxia muito pequena que contém muitas estrelas jovens super-quentes e muito massivas que se formaram recentemente”, diz Matthew Bayliss, cientista do Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT, Kavli. “Esta galáxia é semelhante às primeiras galáxias que se formaram no universo … o tipo que ninguém jamais viu em raios X no universo distante antes”.
Bayliss diz que a detecção dessa galáxia única e distante é uma prova de que os cientistas podem usar aglomerados de galáxias como ampliadores naturais de raios-X, para detectar fenômenos extremos e altamente energéticos nos primórdios da história do universo.
“Com essa técnica, poderíamos, no futuro, ampliar uma galáxia distante e datar diferentes partes da idade – para dizer, essa parte tem estrelas que se formaram 200 milhões de anos atrás, contra outra parte que se formou 50 milhões de anos atrás e separá-los de uma maneira que você não pode fazer de outra maneira ”, diz Bayliss, que passará para a Universidade de Cincinnati como professor assistente de física.
Ele e seus co-autores, incluindo Michael McDonald, professor assistente de física do MIT, publicaram seus resultados hoje na revista Nature Astronomy.
Uma vela na luz
Os aglomerados de galáxias são os objetos mais maciços do universo, compostos por milhares de galáxias, todos unidos pela gravidade como uma força enorme e poderosa. Os aglomerados de galáxias são tão grandes e sua força gravitacional é tão forte que podem distorcer o tecido do espaço-tempo, dobrando o universo e qualquer luz circundante, como se um elefante esticasse e entortasse uma rede de trapézio.
Os cientistas usaram aglomerados de galáxias como lupas cósmicas, com uma técnica conhecida como lente gravitacional. A idéia é que, se os cientistas puderem aproximar a massa de um aglomerado de galáxias, eles poderão estimar seus efeitos gravitacionais em qualquer luz circundante, bem como o ângulo em que um aglomerado pode desviar essa luz.
Por exemplo, imagine se um observador, de frente para um aglomerado de galáxias, estivesse tentando detectar um objeto, como uma única galáxia, atrás desse aglomerado. A luz emitida por esse objeto viajaria diretamente em direção ao aglomerado e depois se dobraria ao redor do aglomerado. Continuaria viajando em direção ao observador, embora em ângulos ligeiramente diferentes, aparecendo para o observador como imagens espelhadas do mesmo objeto, que no final podem ser combinadas como uma única imagem “ampliada”.
Os cientistas usaram aglomerados de galáxias para ampliar objetos em comprimentos de onda ópticos, mas nunca na faixa de raios-X do espectro eletromagnético, principalmente porque os próprios aglomerados de galáxias emitem uma quantidade enorme de raios-X. Os cientistas pensaram que seria impossível discernir qualquer raio-X proveniente de uma fonte de fundo do brilho do próprio cluster.
“Se você está tentando ver uma fonte de raios-X atrás de um cluster, é como tentar ver uma vela ao lado de uma luz realmente brilhante”, diz Bayliss. “Então, sabíamos que essa era uma medida desafiadora a ser tomada.”
Subtração de raios X
Os pesquisadores se perguntaram: eles poderiam subtrair essa luz brilhante e ver a vela atrás dela? Em outras palavras, eles poderiam remover as emissões de raios-X provenientes do aglomerado de galáxias, para visualizar os raios-X muito mais fracos provenientes de um objeto, atrás e ampliados pelo aglomerado?
A equipe testou essa idéia com observações feitas pelo Observatório de raios-X Chandra da NASA, um dos telescópios espaciais de raios-X mais poderosos do mundo. Eles observaram em particular as medições de Chandra do aglomerado de Phoenix, um aglomerado de galáxias distante localizado a 5,7 bilhões de anos-luz da Terra, que foi estimado em cerca de quatrilhões de vezes a massa do Sol, com efeitos gravitacionais que devem torná-lo um poderoso , lente de aumento natural.
“A idéia é pegar qualquer que seja o seu melhor telescópio de raios X – neste caso, Chandra – e usar uma lente natural para ampliar e efetivamente aumentar o Chandra, para que você possa ver coisas mais distantes”, diz Bayliss.
Ele e seus colegas analisaram observações do aglomerado de Phoenix, feitas continuamente por Chandra por mais de um mês. Eles também analisaram imagens do aglomerado capturado por dois telescópios ópticos e infravermelhos – o Telescópio Espacial Hubble e o telescópio Magalhães no Chile. Com todas essas várias visões, a equipe desenvolveu um modelo para caracterizar os efeitos ópticos do cluster, o que permitiu aos pesquisadores medir com precisão as emissões de raios-X do próprio cluster e subtraí-lo dos dados.
Eles ficaram com dois padrões semelhantes de emissão de raios-X ao redor do cluster, que eles determinaram serem “com lentes” ou dobrados gravitacionalmente pelo cluster. Quando rastrearam as emissões no passado, descobriram que todas eram originárias de uma única fonte distante: uma minúscula galáxia anã de 9,4 bilhões de anos atrás, quando o próprio universo tinha aproximadamente 4,4 bilhões de anos – cerca de um terço da sua idade atual .
“Anteriormente, Chandra tinha visto apenas um punhado de coisas a essa distância”, diz Bayliss. “Em menos de 10% do tempo, descobrimos esse objeto, igualmente distante. E a lente gravitacional é o que vamos fazer. ”
A combinação de Chandra e o poder natural das lentes do aglomerado de Phoenix permitiu que a equipe visse a pequena galáxia escondida atrás do aglomerado, ampliada cerca de 60 vezes. Nesta resolução, eles foram capazes de ampliar o zoom para discernir dois grupos distintos dentro da galáxia, um produzindo muito mais raios X do que o outro.
Como os raios X são normalmente produzidos durante fenômenos extremos e de curta duração, os pesquisadores acreditam que o primeiro aglomerado rico em raios X sinaliza uma parte da galáxia anã que recentemente formou estrelas supermassivas, enquanto a região mais silenciosa é uma região mais antiga que contém estrelas mais maduras.
“Estamos capturando esta galáxia em um estágio muito útil, onde há essas estrelas realmente jovens”, diz Bayliss. “Toda galáxia teve que começar nesta fase, mas não vemos muitos desses tipos de galáxias em nosso próprio bairro. Agora podemos voltar no tempo, olhar no universo distante, encontrar galáxias nesta fase inicial de sua vida e começar a estudar como a formação de estrelas é diferente lá. ”
Publicado em 18/10/2019
Artigo original: http://news.mit.edu/2019/astronomers-galaxy-x-ray-magnifying-1014
Achou importante? Compartilhe!
Assine nossa newsletter e fique informado sobre Astrofísica, Biofísica, Geofísica e outras áreas. Preencha seu e-mail no espaço abaixo e clique em “OK”: