IDCS 1426: Grandes observatórios da NASA – Chandra, Hubble e Keck – medem o aglomerado de galáxias mais massivo do Universo antigo – O Universo

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Composição de imagens do aglomerado de galáxias IDCS 1426 que junta dados no espectro visível, em raios-X e no infravermelho. Créditos: raios-X – NASA/CXC/Universidade do Missouri/M. Brodwin et al.; espectro visível – NASA/STScI; infravermelho – JPL/Caltech

O Universo primordial era um caos generalizado de gás e matéria que só começou a coalescer em galáxias distintas centenas de milhões de anos após o Big Bang. Estas galáxias levaram vários bilhões de anos para se agruparem em aglomerados gigantescos. Isso era o que os cientistas pensavam até então.

Agora, os astrônomos do MIT (Massachusetts Institute of Technology), da Universidade do Missouri, da Universidade da Flórida, entre outras instituições, detectaram um enorme aglomerado de galáxias formado há ‘apenas’ 3,8 bilhões de anos depois do Big Bang. Localizado a 10 bilhões de anos-luz da Terra e potencialmente contendo milhares de galáxias individuais, essa megaestrutura é cerca de 250 trilhões de vezes mais massiva que o Sol, isto é, 1.000 vezes mais massiva que a nossa galáxia Via Láctea.

Esse aglomerado, denominado IDCS J1426.5+3508 (ou IDCS 1426), é o conjunto de galáxias mais massivo já descoberto nos primeiros 4 bilhões de anos do Universo, isto é, com ‘desvio para o vermelho’ z > 1,5 (ver o artigo científico IDCS J1426.5+3508: The Most Massive Galaxy Cluster at z>1.5).

Observou-se que o IDCS 1426 parece estar passando por uma quantidade substancial de convulsões. Os pesquisadores observaram um nó brilhante de raios-X, ligeiramente fora do centro do aglomerado, indicando que o núcleo do aglomerado pode ter sido deslocado cerca de cem mil anos-luz para fora do seu centro. Os cientistas sugerem que o núcleo pode ter sido desalojado por uma violenta colisão com outro aglomerado de galáxias, fazendo com que o gás dentro do aglomerado se espalhe, como o vinho em um copo que mudou subitamente de posição.

Michael McDonald, professor assistente de física e membro do Centro Kavli para Astrofísica e Investigação Espacial do MIT, disse que uma colisão desse porte pode explicar como IDCS 1426 foi formado tão rapidamente no início do Universo, em uma época em que as galáxias individuais estavam começando a tomar forma.

Michael McDonald explicou:

No grande esquema do Cosmos, as galáxias provavelmente só começaram a se formar quando o Universo ficou relativamente frio e, mesmo assim, este objeto apareceu não muito tempo depois. O nosso palpite é que outro aglomerado semelhante se aproximou perturbou o local. Isso explicaria o seu tamanho e o seu rápido crescimento.

McDonald e colegas apresentaram os seus resultados na 227.ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em Kissimmee, na Flórida. Os resultados foram publicados no The Astrophysical Journal.

“Cidades no espaço”

Os aglomerados de galáxias são conglomerações que agregam desde centenas até milhares de galáxias ligadas pela gravidade. São as mais massivas estruturas do Universo. Aqueles localizados relativamente perto de nós, como o aglomerado de Virgem, são extremamente brilhantes e fáceis de se detectar no céu.

Michael McDonald esclareceu:

São como uma espécie de cidades no espaço, onde todas as galáxias vivem muito juntas. No Universo próximo, se olharmos para um aglomerado de galáxias, basicamente estamos vendo todos os outros, pois os aglomerados parecem todos bastante uniformes. Mas, quanto mais para trás no tempo olhamos, mais diferentes começam a parecer.

Entretanto, encontrar aglomerados de galáxias mais distantes no espaço, ou seja, mais para trás no tempo, é uma tarefa complexa e incerta.

Os astrônomos detectaram um massivo e distante aglomerado de galáxias que se formou 3,8 bilhões de anos após o Big Bang. O aglomerado mostrado aqui é o mais massivo já descoberto nos primeiros 4 bilhões de anos deste nascimento do Universo. Créditos: NASA, ESA (European Space Agency), Universidade da Flórida, Universidade de Missouri e Universidade da Califórnia

Em 2012, os cientistas usando o Telescópio Espacial Spitzer da NASA detectaram pela primeira vez os sinais de IDCS 1426 e fizeram algumas estimativas iniciais da sua massa.

Michael McDonald adicionou:

Tínhamos uma vaga noção de quão massivo e distante este objeto era, mas não estávamos plenamente convencidos. Estes novos resultados são o ‘prego no caixão’ que comprovam o que inicialmente pensávamos.

“Ponta do iceberg”

Para obter uma estimativa mais precisa da massa do aglomerado de galáxias, McDonald e colegas usaram dados de vários dos Grandes Observatórios da NASA: o Telescópio Espacial Hubble, o Observatório Keck e o Observatório de raios-X Chandra.

Segundo Michael McDonald:

Nós estávamos basicamente usando três métodos completamente diferentes para ‘pesar’ este aglomerado.

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Orientação e escalas da imagem do massivo aglomerado de galáxias IDCS J1426.5+3508 – Créditos: HubbleSite – raios-X em em tons de violeta (Chandra); espectro visível (Hubble) & tons de vermelho (Spitzer)

Ambos os observatórios Hubble e Keck registraram dados no espectro visível do aglomerado, que os pesquisadores analisaram para determinar a quantidade de luz distorcida ao redor do aglomerado como consequência da gravidade, um fenômeno conhecido como lente gravitacional. Quanto mais massivo o aglomerado, mais força gravitacional exerce e mais luz é dobrada.

Os cientistas também examinaram os dados de raios-X coletados pelo Observatório Chandra a fim de obter um vislumbre da temperatura do aglomerado. Os objetos com uma alta temperatura emitem raios-X e quanto mais quente é um aglomerado de galáxias, mais o gás no aglomerado é comprimido o que sugere que seja mais massivo.

A partir dos dados em raios-X, McDonald e colegas também calcularam a quantidade de gás no aglomerado, que pode ser uma indicação da quantidade de matéria e a massa presente no objeto em questão.

Usando todos os três métodos, o grupo calculou aproximadamente a mesma massa: cerca de 250 trilhões de vezes a massa do Sol. Agora, a equipe está procurando por galáxias individuais no aglomerado para ter uma noção de como estas megaestruturas podem se formar no Universo primitivo.

Michael McDonald comentou:

Este aglomerado é como uma espécie de ‘canteiro de obras’ – é confuso, barulhento, sujo e há muita coisa incompleta. Ao observar a sua incompletude, podemos ter uma noção de como [os aglomerados] crescem. Até agora, confirmamos cerca de uma dúzia de galáxias, mas estamos apenas vendo a ‘ponta do iceberg’, de fato!

Michael McDonald espera que os cientistas possam obter uma imagem ainda melhor de IDCS 1426 em 2018, utilizando o novo Telescópio Espacial James Webb, um telescópio infravermelho centenas de vezes mais sensível que o telescópio de infravermelho Spitzer, telescópio este que foi o primeiro a detectar o aglomerado em questão.

Michael McDonald concluiu:

Os astrônomos tinham quase que posto de lado esta ideia de encontrar aglomerados no visível e no infravermelho, em favor das assinaturas em raios-X e no rádio. Estamos agora retornando com esse conceito e afirmamos que é na verdade uma maneira fantástica de encontrar aglomerados. O método sugere que precisamos, talvez, diversificar um pouco mais no que tange a maneira de encontrarmos estes objetos.