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set 21

ALMA descobre segredos de uma bolha espacial gigante de Lyman-alfa

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Esta imagem mostra um instante no tempo de uma simulação cósmica de uma Bolha de Lyman-alfa semelhante à LAB-1. Esta simulação traça a evolução do gás e da matéria escura usando um dos mais recentes modelos de formação galática, no supercomputador Pleiades da NASA. Esta vista mostra a distribuição do gás no centro do halo de matéria escura, com código de cores tal que o gás frio (essencialmente hidrogênio neutro) aparece em vermelho e o gás quente em branco. Embutidas no centro do sistema estão duas galáxias com formação estelar intensa, rodeadas por gás quente e muitas outras galáxias satélite menores que aparecem como pequenos nós de gás vermelho na imagem. Os fótons Lyman-alfa escapam das galáxias centrais e dispersam-se no gás frio associado às galáxias satélite, dando origem a uma Bolha de Lyman-alfa extensa. Créditos: J.Geach / D.Narayanan / R.Crain

Uma equipe internacional de astrônomos usou o ALMA, o Very Large Telescope do ESO e outros telescópios, para descobrir a verdadeira natureza de um objeto raro no Universo distante, chamado Bolha de Lyman-alfa. Até agora, os astrônomos não compreendiam o que é que fazia estas enormes nuvens de gás brilhar tão intensamente, mas o ALMA viu agora duas galáxias no coração de um destes objetos, galáxias estas que estão formando estrelas a um ritmo muito acelerado, fazendo brilhar todo o meio que ao seu redor. Estas enormes galáxias estão por sua vez no centro de um conjunto de galáxias menores, no que parece ser a fase inicial de formação de um aglomerado de galáxias massivo. As duas fontes ALMA deverão evoluir numa única galáxia elíptica gigante.

As Bolhas de Lyman-alfa são enormes nuvens de hidrogênio gasoso com dimensões que podem ir até às centenas de milhares de anos-luz e que se encontram a grandes distâncias cósmicas. O nome reflete o comprimento de onda característico da radiação ultravioleta que emitem, conhecida por radiação de Lyman-alfa [1]. Desde a descoberta destes objetos, os processos que lhes dão origem têm constituído um quebra-cabeças astronômico. Novas observações obtidas agora com o ALMA acabam de resolver o mistério.

Uma das maiores Bolhas de Lyman-alfa conhecidas e estudadas com muito detalhe é a SSA22-Lyman-alfa 1, ou LAB 1. Situada no núcleo de um enorme aglomerado de galáxias na fase inicial de formação, este foi o primeiro objeto do tipo a ser descoberto (ano 2.000) e localiza-se tão longe que a sua luz demorou 11,5 bilhões de anos para chegar até nós.

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Esse diagrama explica com brilha uma bolha de Lyman-alpha, um dos maiores objetos contíguos do Universo. Créditos: ESO / J. Geach

Uma equipe de astrônomos, liderada por Jim Geach, do Centre for Astrophysics Research of the University of Hertfordshire, RU, utilizou a capacidade sem precedentes do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para investigar a LAB-1, observando a radiação emitida por nuvens de poeira fria em galáxias distantes, o que permitiu localizar e resolver várias fontes de emissão submilimétrica [2].

A equipe combinou em seguida as imagens ALMA com observações obtidas com o instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), montado no Very Large Telescope do ESO (VLT), as quais mapeiam a radiação Lyman-alfa. Isto mostrou que as fontes ALMA estão localizadas mesmo no centro da Bolha de Lyman-alfa, onde se encontram formando estrelas a uma taxa cerca de 100 vezes maior que a da Via Láctea.

Adicionalmente, imagens profundas obtidas com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e espectroscopia do Observatório W. M. Keck [3] mostraram que as fontes ALMA estão rodeadas por numerosas galáxias companheiras muito fracas, que podem estar bombardeando-as com material, ajudando assim a aumentar as taxas de formação estelar nas fontes ALMA centrais.

A equipe fez em seguida uma sofisticada simulação de formação galática para demonstrar que a enorme nuvem brilhante de emissão Lyman-alfa pode ser explicada se radiação ultravioleta produzida pela formação estelar nas fontes ALMA for dispersada pelo hidrogênio gasoso ao seu redor. Este efeito daria origem à Bolha de Lyman-alfa que observamos.

Jim Geach, autor principal do novo estudo, explicou:

Pensemos nas luzes da rua numa noite de nevoeiro — vemos um brilho difuso porque a luz é dispersada pelas minúsculas gotas de água. Algo semelhante acontece aqui, exceto que a luz da rua é uma galáxia formando estrelas com muita intensidade e o nevoeiro é uma enorme nuvem de gás intergalático. As galáxias iluminam o meio ao seu redor.

Entender como é que as galáxias se formam e evoluem é um enorme desafio. Os astrônomos pensam que as Bolhas de Lyman-alfa são importantes porque parecem ser os locais onde a maioria das galáxias massivas do Universo se formam. Em particular, o brilho extenso de Lyman-alfa fornece informações sobre o que está acontecendo nas nuvens de gás primordial que rodeiam as jovens galáxias, uma região muito difícil de estudar, mas critica para a compreensão destes fenômenos.

Jim Geach concluiu:

O que é excitante nestas Bolhas é que estamos vendo o que se passa em torno destas jovens galáxias em crescimento. Durante muito tempo, a origem desta radiação extensa de Lyman-alfa permaneceu controversa. No entanto, combinando novas observações e simulações de vanguarda, pensamos ter resolvido um mistério de 15 anos: a Bolha de Lyman-alfa 1 é o local de formação de uma galáxia elíptica gigante, que um dia será o coração de um enorme aglomerado de galáxias. Estamos vendo uma “fotografia” da formação dessa galáxia há 11,5 bilhões de anos atrás.

Este trabalho foi descrito no artigo científico intitulado “ALMA observations of Lyman-α Blob 1: Halo sub-structure illuminated from within” assinado por J. Geach et al., que será publicado em The Astrophysical Journal.

Notas

[1] Os elétrons carregados negativamente que orbitam os núcleos carregados positivamente de um átomo possuem níveis de energia quantificados, isto é, apenas podem existir em determinados estados de energia, e apenas podem transitar entre os diversos níveis ganhando ou perdendo quantidades precisas de energia. A radiação de Lyman-alfa é produzida quando elétrons nos átomos de hidrogênio descem do segundo nível de energia mais baixo para o primeiro nível mais baixo. A quantidade exata de energia perdida é emitida sob a forma de radiação num comprimento de onda particular, na região ultravioleta do espectro, a qual os astrônomos conseguem detectar com telescópios no espaço ou com telescópios na Terra, no caso de objetos que se encontrem desviados para o vermelho. Para LAB-1, com um desvio para o vermelho de z ~ 3, a radiação de Lyman-alfa é observada na região do visível.

[2] A resolução é a capacidade de distinguir objetos separados. A baixa resolução, várias fontes brilhantes a determinada distância pareceriam um único ponto brilhante e apenas de perto distinguiríamos cada fonte separadamente. A elevada resolução do ALMA resolveu em duas fontes separadas o que anteriormente parecia ser uma única mancha.

[3] Os instrumentos usados foram o STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph), montado no Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e o MOSFIRE (Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration), montado no telescópio Keck 1 no Hawaii.

Fonte

ESO: eso1632 — ALMA Uncovers Secrets of Giant Space Blob

._._.

eso1632a-alma-observations-of-lyman-%ce%b1-blob-1-halo-sub-structure-illuminated-from-within

 

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