Astrónomos observam pela primeira vez a formação de galáxias no Universo primordial

Com o auxílio do ALMA, foram detetadas as nuvens de gás de formação estelar mais distantes observadas até hoje em galáxias normais no Universo primordial.

As novas observações do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) permitem aos astrónomos começar a ver como é que as primeiras galáxias se foram construindo e como é que limparam o nevoeiro cósmico durante a era da reionização. Esta é a primeira vez que tais galáxias são observadas com melhor detalhe do que simples manchas ténues.

Quando as primeiras galáxias se começaram a formar algumas centenas de milhões de anos depois do Big Bang, o Universo estava cheio de um nevoeiro de hidrogénio gasoso. Mas à medida que mais e mais fontes brilhantes – tanto estrelas como quasares alimentados por enormes buracos negros – começaram a brilhar, este nevoeiro foi desaparecendo tornando o Universo transparente à radiação ultravioleta.

Os astrónomos chamam a este período a época da reionização, no entanto pouco se sabe acerca destas primeiras galáxias e, até agora, apenas se tinham observado como manchas ténues. As novas observações obtidas com o poder do ALMA estão a mudar esta realidade.

Uma equipa de astrónomos liderada por Roberto Maiolino (Cavendish Laboratory e Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Reino Unido) apontou o ALMA a galáxias que se sabia estarem a ser observadas a cerca de apenas 800 milhões de anos depois do Big Bang.

Os astrónomos não estavam à procura da radiação emitida pelas estrelas, mas sim do fraco brilho do carbono ionizado emitido pelas nuvens de gás a partir das quais se formam as estrelas. A equipa pretendia estudar a interação entre uma geração de estrelas jovens e os frios nodos de gás que se estavam a formar nestas primeiras galáxias.

A equipa também não estava à procura de objetos raros extremamente brilhantes – tais como quasares e galáxias com elevada taxa de formação estelar – que tinham sido observados anteriormente. Em vez disso, o trabalho concentrou-se em galáxias muito mais comuns, galáxias que reionizaram o Universo e se transformaram na maior parte das galáxias que vemos hoje à nossa volta.

Vindo de uma das galáxias – chamada BDF3299 – o ALMA captou um sinal fraco mas claro de carbono brilhante. No entanto, este brilho não vinha do centro da galáxia, mas sim de um dos lados.

R. Maiolino / ESO

O telescópio ALMA observou a origem de uma galáxia do Universo Primitivo

Andrea Ferrara, investigador da Scuola Normale Superiore, Pisa, Itália, e coautor do estudo, explica a importância desta nova descoberta: “Trata-se da deteção mais distante deste tipo de emissão de uma galáxia ‘normal’, observada menos de mil milhões de anos depois do Big Bang, o que nos dá a oportunidade de observar a formação das primeiras galáxias. Estamos a ver pela primeira vez galáxias primordiais não como pequenos pontos, mas como objetos com estrutura interna!

Os astrónomos pensam que a localização deslocada do centro desta emissão deve-se ao facto das nuvens centrais estarem a ser desfeitas pelo meio inóspito criado pelas estrelas recém-formadas – tanto pela sua radiação intensa como pelos efeitos de explosões de supernova – enquanto o carbono está a traçar gás frio recente que está a ser acretado do meio intergaláctico.

Ao combinar as novas observações ALMA com simulações de computador foi possível compreender em detalhe processos chave que estão a ocorrer no seio das primeiras galáxias.

Os efeitos da radiação emitida pelas estrelas, o sobreviver de nuvens moleculares, o facto da radiação ionizante escapar e a estrutura complexa do meio interestelar podem agora ser calculados e comparados às observações. BDF3299 é muito possivelmente um exemplo típico das galáxias responsáveis pela reionização.

“Durante muitos anos tentámos compreender o meio interestelar e a formação das fontes de reionização. Conseguir finalmente testar previsões e hipóteses em dados reais do ALMA é algo extremamente excitante e que nos abre um novo conjunto de questões. Este tipo de observação clarificará muitos dos difíceis problemas que temos tido com a formação das primeiras estrelas e galáxias no Universo,” acrescenta Andrea Ferrara.

Roberto Maiolino conclui: “Este estudo teria sido simplesmente impossível sem o ALMA, uma vez que nenhum outro instrumento consegue atingir a sensibilidade e resolução espacial necessárias. Embora esta seja uma das observações mais profundas do ALMA realizadas até agora, estamos ainda longe de atingir todas as capacidades deste telescópio. No futuro o ALMA fará imagens da estrutura fina das galáxias primordiais, mostrando em detalhe a formação das primeiras galáxias.”

CCVAlg

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