3348: Astrónomos localizam distante grupo de galáxias a efectuar antiga mudança cósmica

CIÊNCIA/ESPAÇO

Inserção: esta ilustração do grupo de galáxias EGS77 mostra os objectos rodeados por bolhas sobrepostas de hidrogénio ionizado. Ao transformar os átomos de hidrogénio, atenuantes de luz, em gás ionizado, pensa-se que a luz ultravioleta tenha formado bolhas destas por todo o Universo inicial, passando gradualmente de opaco a completamente transparente. Fundo: esta composição de imagens no visível e no infravermelho próximo, pelo Telescópio Espacial Hubble, inclui as três galáxias de EGS77 (círculos verdes).
Crédito: NASA, ESA e V. Tilvi (ASU)

Uma equipa internacional de astrónomos, financiada em parte pela NASA, descobriu o grupo galáctico mais distante até à data. Com o nome EGS77, o trio de galáxias data de uma época em que o Universo tinha apenas 680 milhões de anos, ou menos de 5% da sua idade actual (13,8 mil milhões de anos).

Mais significativamente, as observações mostram que as galáxias participam numa ampla mudança cósmica chamada re-ionização. A era começou quando a luz das primeiras estrelas mudou a natureza do hidrogénio por todo o Universo, de maneira semelhante a um lago gelado que derrete na primavera. Isto transformou o cosmos inicial e escuro, que extingue luz, no que vemos hoje.

“O Universo jovem estava cheio de átomos de hidrogénio, que atenuam a luz ultravioleta e bloqueiam a nossa visão das galáxias primitivas,” disse James Rhoads do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland, que apresentou os achados dia 5 de Janeiro na 235.ª reunião da Sociedade Astronómica Americana em Honolulu, Hawaii. “EGS77 é o primeiro grupo de galáxias apanhado no ato de limpar esta neblina cósmica.”

Apesar de galáxias individuais mais distantes já terem sido observadas, EGS77 é o grupo galáctico mais distante até ao momento, mostrando os comprimentos de onda específicos da luz ultravioleta distante revelada pela re-ionização. Esta emissão, chamada Lyman-alfa, é proeminente em todos os membros de EGS77.

Na sua fase inicial, o Universo era um plasma brilhante de partículas, incluindo electrões, protões, núcleos atómicos e luz. Os átomos ainda não podiam existir. O Universo estava num estado ionizado, semelhante ao gás dentro de um sinal de néon aceso ou tubo fluorescente.

Depois do Universo crescer e arrefecer durante cerca de 380.000 anos, os electrões e protões combinaram-se nos primeiros átomos – mais de 90% deles hidrogénio. Centenas de milhões de anos mais tarde, este gás formou as primeiras estrelas e galáxias. Mas a própria presença deste gás abundante apresenta desafios para a detecção de galáxias no Universo primitivo.

Os átomos de hidrogénio absorvem e re-emitem rapidamente a luz ultravioleta distante conhecida como emissão Lyman-alfa, que tem um comprimento de onda de 121,6 nanómetros. Quando as primeiras estrelas se formaram, parte da luz que produziram correspondia a este comprimento de onda. Como a luz Lyman-alfa interagiu facilmente com os átomos de hidrogénio, não podia viajar muito antes que o gás a dispersasse em direcções aleatórias.

“A luz intensa das galáxias pode ionizar o hidrogénio circundante, formando bolhas que permitem que a luz das estrelas viaje livremente,” disse Vithal Tilvi, investigador da Universidade Estatal do Arizona em Tempe, EUA. “EGS77 formou uma grande bolha que permite que a sua luz viaje para a Terra sem muita atenuação. Eventualmente, bolhas como estas cresceram em todas as galáxias e preencheram o espaço intergaláctico, re-ionizando o Universo e abrindo caminho para a luz viajar através do cosmos.”

EGS77 foi descoberto como parte do levantamento Cosmic DAWN (Cosmic Deep And Wide Narrowband), no qual Rhoads é investigador principal. A equipa fotografou uma pequena área na direcção da constelação de Boieiro usando um filtro personalizado no instrumento NEWFIRM (Extremely Wide-Field InfraRed Imager) do NOAO (National Optical Astronomy Observatory), acoplado ao telescópio Mayall de 4 metros no Observatório Nacional de Kitt Peak perto de Tucson, Arizona, EUA.

Dado que o Universo está a expandir-se, a luz Lyman-alfa de EGS77 foi esticada durante as suas viagens, de modo que os astrónomos na verdade a detectaram no infravermelho próximo. Não podemos ver estas galáxias no visível porque essa luz começou em comprimentos de onda mais curtos que a Lyman-alfa e foi dispersa pela neblina de átomos de hidrogénio.

Para ajudar a seleccionar candidatos distantes, os cientistas compararam as suas imagens com dados disponíveis publicamente da mesma região obtidas com os telescópios espaciais Hubble e Spitzer da NASA. As galáxias que aparecem brilhantes em imagens no infravermelho próximo foram marcadas como possibilidades, enquanto as que apareciam na luz visível foram rejeitadas por estarem demasiado próximas.

A equipa confirmou as distâncias das galáxias do grupo EGS77 usando o instrumento MOSFIRE (Multi-Object Spectrometer for Infra-Red Exploration) no telescópio Keck I do Observatório W. M. Keck em Maunakea, Hawaii. Todas as três galáxias mostram linhas de emissão Lyman-alfa em comprimentos de onda ligeiramente diferentes, reflectindo distâncias ligeiramente diferentes. A separação entre galáxias adjacentes é de cerca de 2,3 milhões de anos-luz, ou um pouco mais perto do que a distância entre a Galáxia de Andrómeda e a nossa própria Via Láctea.

O artigo que descreve estes achados, liderado por Tilvi, foi submetido à revista The Astrophysical Journal.

“Embora este seja o primeiro grupo de galáxias identificado como responsável pela re-ionização cósmica, as futuras missões da NASA vão dizer-nos muito mais,” disse a coautora Sangeeta Malhotra de Goddard. “O próximo Telescópio Espacial James Webb é sensível à emissão Lyman-alfa de galáxias ainda mais fracas a estas distâncias e pode encontrar mais galáxias no grupo EGS77.”

Os astrónomos esperam que bolhas de re-ionização semelhantes desta época sejam raras e difíceis de encontrar. O planeado WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) da NASA poderá ser capaz de descobrir exemplos adicionais, iluminando ainda mais esta importante transição na história cósmica.

Astronomia On-line
10 de Janeiro de 2020

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