Usando o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), os astrônomos encontraram uma galáxia bebê em rotação com 1/100 do tamanho da Via Láctea em uma época em que o Universo tinha apenas 7% de sua idade atual.
Graças à assistência do efeito de lente gravitacional, a equipe foi capaz de explorar pela primeira vez a natureza de pequenas e escuras “galáxias normais” no início do Universo, representativas da população principal das primeiras galáxias, o que avança muito em nosso entendimento de a fase inicial da evolução da galáxia.
“Muitas das galáxias que existiam no início do Universo eram tão pequenas que seu brilho está bem abaixo do limite dos maiores telescópios atuais da Terra e do Espaço, dificultando o estudo de suas propriedades e estrutura interna”, diz Nicolas Laporte, um Kavli Membro Sênior da Universidade de Cambridge. “No entanto, a luz proveniente da galáxia chamada RXCJ0600-z6, foi altamente ampliada por lentes gravitacionais, tornando-a um alvo ideal para estudar as propriedades e a estrutura de galáxias bebês típicas.”
A lente gravitacional é um fenômeno natural no qual a luz emitida por um objeto distante é curvada pela gravidade de um corpo massivo, como uma galáxia ou um aglomerado de galáxias localizado em primeiro plano. O nome “lente gravitacional” é derivado do fato de que a gravidade do objeto massivo atua como uma lente. Quando olhamos através de uma lente gravitacional, a luz de objetos distantes é intensificada e suas formas são alongadas. Em outras palavras, é um “telescópio natural” flutuando no espaço.
A equipe do ALMA Lensing Cluster Survey (ALCS) usou o ALMA para pesquisar um grande número de galáxias no Universo primitivo que são aumentadas por lentes gravitacionais. Combinando o poder do ALMA, com a ajuda dos telescópios naturais, os pesquisadores são capazes de descobrir e estudar galáxias mais fracas.
Por que é crucial explorar as galáxias mais fracas do início do Universo? A teoria e as simulações prevêem que a maioria das galáxias formadas algumas centenas de milhões de anos após o Big-Bang são pequenas e, portanto, fracas. Embora várias galáxias no início do Universo tenham sido observadas anteriormente, as estudadas foram limitadas aos objetos mais massivos e, portanto, as galáxias menos representativas, no início do Universo, por causa das capacidades dos telescópios. A única maneira de compreender a formação padrão das primeiras galáxias e obter uma imagem completa da formação de galáxias é focalizar nas galáxias mais fracas e numerosas.
A equipe do ALCS realizou um programa de observação em grande escala que levou 95 horas, que é um tempo muito longo para as observações do ALMA, para observar as regiões centrais de 33 aglomerados de galáxias que poderiam causar lentes gravitacionais. Um desses aglomerados, denominado RXCJ0600-2007, está localizado na direção da constelação de Lepus e tem uma massa de 1.000 trilhões de vezes a do Sol. A equipe descobriu uma única galáxia distante que está sendo afetada pelas lentes gravitacionais criadas por este telescópio natural. O ALMA detectou a luz de íons de carbono e poeira estelar na galáxia e, juntamente com dados obtidos com o telescópio Gemini, determinou que a galáxia é vista como era cerca de 900 milhões de anos após o Big Bang (12,9 bilhões de anos atrás). Uma análise mais aprofundada desses dados sugeriu que uma parte dessa fonte é vista 160 vezes mais brilhante do que é intrinsecamente.
Medindo com precisão a distribuição de massa do aglomerado de galáxias, é possível “desfazer” o efeito de lente gravitacional e restaurar a aparência original do objeto ampliado. Ao combinar dados do Telescópio Espacial Hubble e do Very Large Telescope do European Southern Observatory com um modelo teórico, a equipe conseguiu reconstruir a forma real da galáxia distante RXCJ0600-z6. A massa total desta galáxia é cerca de 2 a 3 bilhões de vezes a do Sol, que é cerca de 1/100 do tamanho de nossa própria Galáxia, a Via Láctea.
O que surpreendeu a equipe é que o RXCJ0600-z6 está girando. Tradicionalmente, pensava-se que o gás nas galáxias jovens tinha um movimento caótico e aleatório. Apenas recentemente o ALMA descobriu várias galáxias jovens em rotação que desafiaram a estrutura teórica tradicional, mas estas eram várias ordens de magnitude mais brilhantes (maiores) do que RXCJ0600-z6.
“Nosso estudo demonstra, pela primeira vez, que podemos medir diretamente o movimento interno dessas galáxias tênues (menos massivas) no Universo inicial e compará-lo com as previsões teóricas”, diz Kotaro Kohno, professor da Universidade de Tóquio e o líder da equipe ALCS.
“O fato de o RXCJ0600-z6 ter um fator de ampliação muito alto também aumenta as expectativas para pesquisas futuras”, explica Seiji Fujimoto, bolsista DAWN no Instituto Niels Bohr. “Esta galáxia foi selecionada, entre centenas, para ser observada pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST), o telescópio espacial de última geração a ser lançado neste outono. Por meio de observações conjuntas usando ALMA e JWST, vamos desvendar as propriedades do gás e estrelas em uma galáxia bebê e seus movimentos internos. Quando o Telescópio Trinta Metros e o Telescópio Extremamente Grande forem concluídos, eles poderão detectar aglomerados de estrelas na galáxia e, possivelmente, até mesmo identificar estrelas individuais. Há um exemplo de lente gravitacional que tem sido usado para observar uma única estrela a 9,5 bilhões de anos-luz de distância, e esta pesquisa tem o potencial de estender isso para menos de um bilhão de anos após o nascimento do Universo.”
Esses resultados de observação foram apresentados em Seiji Fujimoto et al. “ALMA Lensing Cluster Survey: Bright [CII] 158 ?m Lines from a Multiply Imaged Sub-L * Galaxy at z = 6.0719” no Astrophysical Journal em 22 de abril de 2021, e Nicolas Laporte et al. “Pesquisa ALMA Lensing Cluster: um sistema empoeirado com múltiplas imagens com lentes fortes em z> 6” nos Avisos Mensais da Royal Astronomical Society em 22 de abril de 2021.
Publicado em 24/04/2021 10h02
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