76: Astrónomos observam nascimento de enxame de galáxias no Universo primordial

 

CIÊNCIA // ASTRONOMIA // ENXAME DE GALÁXIAS

Com o auxílio do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter), do qual o ESO é um parceiro, uma equipa de astrónomos descobriu um vasto reservatório de gás quente no enxame de galáxias ainda em formação em torno da galáxia Teia de Aranha — trata-se da mais distante detecção de gás quente efectuada até à data.

Os enxames de galáxias são uns dos maiores objectos conhecidos no Universo e este resultado, publicado na revista Nature, revela-nos quão primordiais são de facto estas estruturas.

Esta imagem mostra o proto-enxame em torno da galáxia Teia de Aranha (conhecida pelo nome formal de MRC 1138-262), observado quando o Universo tinha apenas 3 mil milhões de anos. A maior parte da massa do proto-enxame não se encontra nas galáxias que vemos no centro da imagem, mas sim no gás que existe no meio intra-enxame. Podemos ver o gás quente deste meio sob a forma de uma nuvem azul sobreposta à imagem.
O gás quente foi detectado pelo ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), do qual o ESO é um parceiro. Quando atravessa o meio intra-enxame, a radiação cósmica de fundo de micro-ondas — uma radiação remanescente do Big Bang — ganha energia ao interagir com os electrões do gás quente. Trata-se do chamado efeito Sunyaev-Zeldovich e, ao estudar este efeito, os astrónomos conseguiram determinar a enorme quantidade de gás quente que existe no meio intra-enxame, mostrando assim que o proto-enxame Teia de Aranha está no processo de se tornar num enxame massivo ligado pela sua própria gravidade.
Crédito: ESO/Di Mascolo et al.; HST: H. Ford

Os enxames de galáxias, tal como o nome sugere, são constituídos por um enorme número de galáxias, que pode chegar a vários milhares. Estas estruturas contêm ainda um imenso meio “intra-enxame” gasoso que permeia o espaço entre as galáxias do enxame.

Este gás tem consideravelmente mais massa do que as galáxias propriamente ditas. Muita da física dos enxames de galáxias é bem conhecida; no entanto observações das fases mais primordiais da formação do meio intra-enxame ainda são escassas.

Anteriormente, este meio só tinha sido estudado em enxames galácticos próximos e completamente formados. Contudo, detectar o meio intra-enxame em proto-enxames distantes, isto é, em enxames de galáxias ainda a formar-se, permite aos astrónomos observar estas estruturas nas suas fases de formação iniciais.

Uma equipa liderada por Luca Di Mascolo, autor principal deste estudo e investigador na Universidade de Trieste, Itália, pretendeu detectar o meio intra-enxame num proto-enxame do Universo primordial.

Os enxames de galáxias são tão massivos que atraem gás que cai na direcção do enxame e que, consequentemente, aquece. “Há mais de uma década que simulações cosmológicas prevêem a presença de gás quente em proto-enxames, no entanto, a confirmação observacional destas previsões tem faltado,” explica Elena Rasia, investigadora no Instituto Nacional de Astrofísica italiano (INAF), em Trieste, e coautora do estudo.

“Pretendendo obter tal confirmação observacional importante, seleccionámos cuidadosamente um dos mais promissores candidatos a proto-enxame.” Trata-se do proto-enxame Teia de Aranha, localizado numa época em que o Universo tinha apenas 3 mil milhões de anos. Apesar de ser o proto-enxame mais estudado, a presença do meio infra-enxame tem-se mantido elusiva.

A descoberta de um grande reservatório de gás quente no enxame Teia de Aranha indicaria que o sistema estaria a caminho de se tornar um enxame galáctico propriamente dito e duradouro ao invés de se dispersar.

Esta imagem mostra o proto-enxame em torno da galáxia Teia de Aranha (conhecida pelo nome formal de MRC 1138-262). A luz que vemos na imagem mostra as galáxias numa altura em que o Universo tinha apenas 3 mil milhões de anos. A maior parte da massa do proto-enxame não se encontra nas galáxias, mas sim no gás que existe no meio intra-enxame. Devido à enorme massa do gás, este proto-enxame está no processo de se tornar num enxame massivo ligado pela sua própria gravidade.
Crédito: ESO/H. Ford

A equipa de Di Mascolo detectou o meio intra-enxame do proto-enxame Teia de Aranha usando um efeito térmico chamado Sunyaev-Zeldovich (SZ). Este efeito ocorre quando a radiação cósmica de fundo de micro-ondas — uma radiação remanescente do Big Bang — passa pelo meio intra-enxame e interage com os electrões do gás quente que se deslocam a altas velocidades, o que faz com que a sua energia aumente um pouco e a sua cor, ou comprimento de onda, varie ligeiramente.

“Nos comprimentos de onda adequados, o efeito SZ aparece-nos como um efeito de sombra do enxame de galáxias na radiação cósmica de fundo,” explica Di Mascolo.

Ao medir estas sombras na radiação cósmica de fundo, os astrónomos conseguem assim inferir a existência de gás quente, estimar a sua massa e mapear a sua forma.

“Graças à sua resolução e sensibilidade sem paralelo, o ALMA é a única infra-estrutura actual capaz de levar a cabo tais medições nos progenitores distantes de enxames massivos,” diz Di Mascolo.

Os investigadores determinaram que o proto-enxame Teia de Aranha contém um vasto reservatório de gás quente com uma temperatura de algumas dezenas de milhões de graus Celsius.

Tinha sido já detectado anteriormente neste proto-enxame gás frio, no entanto a massa de gás quente encontrada neste novo estudo é muito superior, na ordem de milhares de vezes maior.

Este resultado mostra que o proto-enxame Teia de Aranha deverá efectivamente transformar-se num enxame massivo de galáxias dentro de uns 10 mil milhões de anos, aumentando ainda a sua massa por, pelo menos, um factor de dez.

Tony Mroczkowski, co-autor do artigo publicado e investigador do ESO, explica que “este sistema mostra grandes contrastes. A componente térmica quente destruirá grande parte da componente fria, à medida que o sistema se vai desenvolvendo, estando nós agora a assistir a esta delicada transição.”

Mroczkowski conclui que “temos finalmente uma confirmação observacional das já antigas previsões teóricas sobre a formação dos maiores objectos ligados gravitacionalmente que existem no Universo.”

Estes resultados ajudam-nos a lançar as bases para sinergias entre o ALMA e o futuro ELT (Extremely Large Telescope) do ESO, o qual “irá revolucionar o estudo de estruturas tais como o enxame Teia de Aranha,” diz Mario Nonino, co-autor do estudo e investigador no Observatório Astronómico de Trieste.

O ELT e os seus instrumentos de vanguarda, tais como o HARMONI e o MICADO, serão capazes de observar proto-enxames e mostrar-nos as galáxias que aí residem com muito detalhe.

Juntamente com as capacidades do ALMA em traçar o meio intra-enxame em formação, disporemos assim de informação crucial sobre a formação das maiores estruturas do Universo primordial.

// ESO (comunicado de imprensa)
// Observatório ALMA (comunicado de imprensa)
// Nature (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (arXiv.org)

Astronomia – Centro Ciência Viva do Algarve
31 de Março de 2023


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published in: 6 meses ago

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