A1689-zD1: uma galáxia aparentemente velha em um Universo jovem

O ALMA e o VLT observam uma galáxia surpreendentemente evoluída e empoeirada

Esta imagem obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA mostra o rico aglomerado de galáxias Abell 1689. A enorme concentração de massa faz curvar a radiação emitida por objetos mais distantes, podendo aumentar o seu brilho total aparente e tornando-os visíveis. Um tal objeto, A1689-zD1, encontra-se no interior do quadrado, embora continue a ser tão tênue que é quase invisível nesta imagem. Novas observações obtidas com o ALMA e o VLT do ESO revelaram que este objeto é uma galáxia empoeirada que está sendo observada quando o Universo tinha apenas 700 milhões de anos. Créditos: NASA; ESA; L. Bradley (Johns Hopkins University); R. Bouwens (University of California, Santa Cruz); H. Ford (Johns Hopkins University); and G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)

Uma das galáxias mais distantes observada até hoje deu aos astrônomos a primeira detecção de poeira em um sistema com formação estelar muito longínquo, o que aponta para uma rápida evolução das galáxias depois do Big Bang. Nas novas observações utilizou-se o ALMA para capturar o fraco brilho da poeira fria na galáxia A1689-zD1 e o Very Large Telescope do ESO para medir a distância a este objeto.

Uma equipe de astrônomos, liderada por Darach Watson, da Universidade de Copenhagen, utilizou o instrumento X-shooter montado no Very Large Telescope, assim como o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar uma das galáxias mais jovens e mais longínquas já encontradas. A equipe surpreendeu-se ao descobrir um sistema muito mais evoluído do que o esperado, com uma fração de poeira muito semelhante à de uma galáxia madura, como a Via Láctea. Tal poeira é matéria prima para a vida, contribuindo para a formação de planetas, moléculas complexas e estrelas normais.

O alvo das observações da equipe chama-se A1689-zD1 [1], uma galáxia observável apenas devido ao fato do seu brilho ser amplificado mais de nove vezes por uma lente gravitacional, provocada um aglomerado de galáxias, Abell 1689, o qual se situa entre a jovem galáxia e a Terra. Sem este aumento gravitacional, o brilho desta galáxia muito tênue seria demasiado fraco para se poder detectar.

Vemos A1689-zD1 quando o Universo tinha apenas cerca de 700 milhões de anos – ou seja 5% da sua idade atual [2]. É um sistema relativamente modesto – muito menos massivo e luminoso do que muitos outros objetos que foram anteriormente estudados nesta fase do Universo primordial e portanto uma galáxia mais típica dessa época.

A1689-zD1 está sendo observada tal como era no período da reionização, altura em que as primeiras estrelas trouxeram uma madrugada cósmica, iluminando pela primeira vez um Universo imenso e transparente e acabando com o extenso período de estagnação chamado Idade das Trevas. Esperava-se que a galáxia se parecesse com um sistema recém formado, mas afinal os observadores ficaram surpreendidos ao descobrir uma rica complexidade química e abundância de poeira interestelar.

Esta imagem composta inclui dados no infravermelho obtidos com o instrumento WFC3 do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e dados no visível. Mostra-nos uma vista detalhada de parte do aglomerado de galáxias Abell 1689. A enorme concentração de massa faz curvar a radiação emitida por objetos mais distantes, podendo aumentar o seu brilho total aparente e tornando-os visíveis. Um desses objetos, A1689-zD1, aparece na imagem com uma forma alongada e uma cor avermelhada, visível no interior do quadrado. Novas observações obtidas com o ALMA e o VLT do ESO revelaram que a A1689-zD1 é uma galáxia empoeirada que está sendo observada quando o Universo tinha apenas 700 milhões de anos. A sua radiação está a ser ampliada mais de nove vezes pelo efeito de lente gravitacional massivo do aglomerado. Créditos: ESO / J. Richard

Darach Watson afirmou:

Depois de confirmada a distância à galáxia com o auxílio do VLT percebemos que este objeto já tinha sido observado anteriormente pelo ALMA. Não esperávamos encontrar grande coisa, mas posso dizer que ficamos todos muito entusiasmados quando percebemos que não só o ALMA já a tinha observado, como se tratava de uma detecção muito clara. Um dos objetivos principais do Observatório ALMA era encontrar galáxias no Universo primordial através das suas emissões de gás frio e poeira – e aqui está.

Esta galáxia é como um “bebê cósmico”, mas que provou ser extraordinariamente precoce. Com esta idade esperaríamos que apresentasse uma falta de elementos químicos mais pesados que o Hélio [3]. Estes elementos são produzidos no interior das estrelas e espalhados por toda a parte quando as estrelas explodem ou morrem de qualquer forma. Este processo tem que se repetir por muitas gerações estelares para produzir uma abundância significativa de elementos metálicos [3], tais como o carbono, oxigênio ou nitrogênio.

Esta imagem obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA mostra o rico aglomerado de galáxias Abell 1689. A enorme concentração de massa faz curvar a radiação emitida por objetos mais distantes, podendo aumentar o seu brilho total aparente e tornando-os visíveis. Um desses objetos, A1689-zD1, encontra-se no interior do quadrado, embora continue a ser tão tênue que é quase invisível nesta imagem. Novas observações obtidas com o ALMA e o VLT do ESO revelaram que este objeto é uma galáxia empoeirada que está sendo observada quando o Universo tinha apenas 700 milhões de anos. Créditos: NASA; ESA; L. Bradley (Johns Hopkins University); R. Bouwens (University of California, Santa Cruz); H. Ford (Johns Hopkins University); and G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)

Surpreendentemente, a galáxia A1689-zD1 parecia emitir imensa radiação no infravermelho longínquo [4], indicando assim que já tinha produzido muitas das suas estrelas e quantidades significativas de metais, revelando que não só continha poeira, mas também possuía uma razão poeira-gás semelhante à de galáxias muito mais maduras.

Darach Watson explicou:

Embora a origem exata da poeira galáctica permaneça obscura, a nossa descoberta indica que a sua produção ocorre muito rapidamente, num período de apenas 500 milhões de anos desde o início da formação estelar no Universo – um intervalo de tempo muito curto em termos cosmológicos, já que a maioria das estrelas vivem durante bilhões de anos.

Os resultados sugerem que A1689-zD1 tem formado estrelas de modo consistente a uma taxa moderada desde uma altura de cerca de 560 milhões de anos depois do Big Bang, ou alternativamente passou por um período extremo muito rápido de formação estelar explosiva antes de iniciar a fase de declínio da formação estelar.

Antes deste resultado, havia a preocupação de que tais galáxias longínquas poderiam não ser detectadas, no entanto A1689-zD1 foi detectada usando apenas observações breves do ALMA.

Kirsten Knudsen (Universidade Chalmers de Tecnologia, Suécia), coautor do artigo científico que descreve estes resultados, acrescentou:

Esta extraordinária galáxia empoeirada parece ter tido muita pressa em formar as suas primeiras gerações de estrelas. No futuro, o ALMA será capaz de nos ajudar a encontrar mais galáxias como esta, de modo a que possamos perceber o que é que as leva a querer “crescer” tão depressa.

Notas

[1] Esta galáxia foi observada anteriormente em imagens Hubble, suspeitando-se que seria muito distante, no entanto na altura não se conseguiu medir de modo preciso a sua distância.

[2] Tal corresponde a um desvio para o vermelho z=7,5.

[3] Qualquer elemento mais pesado que o hidrogênio ou o hélio define-se em astronomia como metal.

[4] Esta radiação é “esticada” devido à expansão do Universo, aparecendo na região dos comprimentos de onda milimétricos quando chega à Terra e podendo, por isso, ser detectada com o ALMA.

Fonte

ESO: Uma galáxia aparentemente velha num Universo jovem – O ALMA e o VLT observam uma galáxia surpreendentemente evoluída e empoeirada

Artigo Científico

A dusty, normal galaxy in the epoch of reionization por Darach Watson , Lise Christensen, Kirsten Kraiberg Knudsen, Johan Richard, Anna Gallazzi e Michał Jerzy Michałowski

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