Hubble: a lente gravitacional mais distante conhecida revela os segredos do Universo primordial

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A lente gravitacional mais distante já descoberta, uma galáxia elíptica gigante, é ampliada aqui a partir do quadro à esquerda. A luz desta ‘galáxia lente’ levou 9,6 bilhões de anos para chegar aqui. O objeto pertence ao aglomerado de galáxias IRC 0218. Créditos: NASA e ESA

Astrônomos usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA descobriram inesperadamente a galáxia mais distante que age como lente de aumento cósmica. Capturada em uma imagem que mostra como ela era há 9,6 bilhões de anos, esta gigantesca galáxia elíptica quebra o recorde anterior de distância por 200 milhões de anos luz.

Estas galáxias que atuam como “lentes” são tão massivas que a sua gravidade dobra, amplia e distorce a luz de objetos que residem atrás das mesmas, através de um fenômeno chamado “lente gravitacional”. A descoberta de um destes objetos notáveis, em numa área tão pequena do céu, é um evento tão raro que normalmente teríamos de estudar uma região centenas de vezes maior para encontrar somente uma.

O objeto por trás desta lente cósmica é uma pequena galáxia espiral que está sofrendo um surto rápido de formação estelar. A sua luz demorou 10,7 bilhões de anos para chegar até nos. Observar um alinhamento como este, a uma grande distância da Terra, é realmente um fenômeno raro. A localização de mais destas galáxias distantes que atuam como lentes poderá fornecer informações sobre como as galáxias no início do Universo se tornaram nas gigantescas galáxias dominadas por matéria escura de hoje em dia. A matéria escura não pode ser vista diretamente (pois não interage com a radiação eletromagnética), mas representa a maior parte da matéria do Universo.

Kim-Vy Tran da Universidade A&M do Texas em College Station, EUA, explicou:

Quando observamos mais de 9 bilhões de anos para trás no Universo, não esperamos encontrar este tipo de lente. É muito difícil ver um alinhamento entre duas galáxias no Universo primordial. Imagine segurar numa lupa e movê-la para mais longe. Quando olhamos pela lupa à distância do braço esticado, as hipóteses de vermos um objeto ampliado são altas. Mas se movermos a lupa para o outro lado da sala, as nossas chances de ver a lupa quase perfeitamente alinhada com outro objeto diminuem sensivelmente.

Os membros da equipe científica, Kenneth Wong e Sherry Suyu da ASIAA (Academia Sinica Institute of Astronomy & Astrophysics) em Taipé, Taiwan, usaram a lente gravitacional do raro alinhamento para medir a massa total da galáxia gigante, incluindo a quantidade de matéria escura, ao avaliar a intensidade dos seus efeitos de lente sobre a luz da galáxia de fundo. A galáxia em primeiro plano tem mais de 180 bilhões de vezes a massa do Sol e, para a época observada, trata-se de uma galáxia gigante. É também um dos membros mais brilhantes de um aglomerado de galáxias distante, o IRC 0128.

Kenneth Wong, líder do artigo científico, afirmou:

Há centenas de galáxias conhecidas que atuam como lentes, mas quase todas são relativamente próximas, em termos cósmicos. A descoberta de uma lente tão distante quanto esta é muito especial porque podemos aprender mais sobre o conteúdo de matéria escura de galáxias no passado distante. Ao comparar a nossa análise desta galáxia que se comporta como lente com os objetos que atuam como lentes mais próximos, podemos começar a compreender como o conteúdo de matéria escura evoluiu ao longo do tempo.

A equipe suspeita que a “galáxia lente” continuou a crescer ao longo dos últimos 9 bilhões de anos, ganhando estrelas e matéria escura ao canibalizar galáxias vizinhas. Kin-Vy Tran explicou que os estudos recentes sugerem que estas galáxias massivas ganham mais matéria escura que estrelas à medida que continuam a crescer. Os astrônomos tinham assumido que a matéria escura e a matéria normal acumulavam-se igualmente numa galáxia ao longo do tempo, mas sabemos agora que a proporção de matéria escura para matéria normal muda com o tempo. A “galáxia lente” recém-descoberta vai eventualmente tornar-se muito mais massiva que a Via Láctea e terá também mais matéria escura.

Kin-Vy Tran e a sua equipe estavam estudando a formação estelar em dois aglomerados de galáxias distantes, incluindo o IRC 0218, quando se depararam com esta lente gravitacional. Enquanto analisava dados espectrográficos fornecidos pelo Observatório W. M. Keck no Havaí, Kin-Vy Tran descobriu uma forte presença de hidrogênio gasoso quente que parecia surgir de uma galáxia elíptica gigante e distante. A detecção foi surpreendente porque o hidrogênio gasoso e quente é uma assinatura clara de nascimento estelar. As observações anteriores mostraram que a gigante elíptica, que residia no aglomerado de galáxias IRC 0128, era uma galáxia velha e calma, que tinha parado de fabricar estrelas há muito tempo. Outra descoberta intrigante foi que as jovens estrelas estavam muito mais distantes do que a galáxia elíptica. Kin-Vy Tran ficou muito surpreendida e preocupada e inicialmente pensou que a sua equipe tinha cometido um grande erro nas suas observações.

A astrônoma logo percebeu que o time não tinha cometido um erro quando estudou imagens do Hubble obtidas em comprimentos de onda na faixa do azul, que revelou o brilho das estrelas incipientes. As imagens, obtidas com as câmeras ACS (Advanced Camera for Surveys) e WFC3 (Wide Field Camera 3) do Hubble, revelaram um objeto azul e com a forma de uma sobrancelha perto de um ponto azul manchado em redor da elíptica gigante. Kin-Vy Tran reconheceu as características incomuns como as imagens ampliadas e distorcidas de uma galáxia ainda mais distante por trás da galáxia elíptica, a assinatura de uma lente gravitacional.

Para confirmar a sua hipótese de lente gravitacional, a equipe de Kin-Vy Tran analisou dados compilados por dois programas de observação do Hubble, o 3D-HST: um estudo espectroscópico perto do infravermelho com o instrumento WFC3 e o CANDELS (Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey), um grande programa de inspeção do céu profundo pelo Hubble. Os dados mostraram outra impressão digital de gás quente ligada à galáxia mais distante.

A galáxia distante é demasiadamente pequena e longínqua para o que Hubble consiga determinar a sua estrutura. Por isso, o time de astrônomos analisou a distribuição de luz no objeto para inferir a sua forma espiral. Além disso, as galáxias espirais são mais comuns no início do Universo. As imagens do Hubble também revelaram pelo menos uma região compacta e brilhante perto do centro. A equipe suspeita que a região brilhante é devida a uma onda de formação estelar e é provavelmente constituída por hidrogênio gasoso, aquecido pela intensa radiação gerada pelas estrelas jovens e massivas próximas. À medida que Kin-Vy Tran continua o seu estudo sobre a formação estelar em aglomerados de galáxias, ela estará à procura de mais assinaturas de lentes gravitacionais.

Os resultados foram publicados na edição de 10 de julho da revista The Astrophysical Journal Letters.