ALMA DESCOBRE GALÁXIA BEBÉ GIRATÓRIA COM A AJUDA DE TELESCÓPIO CÓSMICO NATURAL 30 de abril de 2021
Imagem do enxame galáctico RXCJ0600-2007 obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, combinado com imagens do efeito de lente gravitacional da galáxia distante RXCJ0600-z6, a 12,4 mil milhões de anos-luz de distância, observada pelo ALMA (a vermelho). Devido ao efeito de lente gravitacional do enxame de galáxias, a imagem de RXCJ0600-z6 foi intensificada, ampliada e parece estar dividida em três ou mais partes.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Fujimoto et al., Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA
Usando o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), os astrónomos encontraram uma galáxia bebé em rotação com 1/100 do tamanho da Via Láctea numa época em que o Universo tinha apenas 7% da sua idade atual. Assistida pelo efeito de lente gravitacional, a equipa foi capaz de explorar pela primeira vez a natureza de pequenas e escuras "galáxias normais" no início do Universo, representativas da população principal das primeiras galáxias, o que avança em muito a nossa compreensão da fase inicial da evolução galáctica.
"Muitas das galáxias que existiam no início do Universo eram tão pequenas que o seu brilho está bem abaixo do limite dos maiores telescópios atuais da Terra e no espaço, dificultando o estudo das suas propriedades e estrutura interna," diz Nicolas Laporte, da Universidade de Cambridge. "No entanto, a luz proveniente da galáxia chamada RXCJ0600-z6 foi altamente ampliada por lentes gravitacionais, tornando-a um alvo ideal para estudar as propriedades e a estrutura de galáxias bebés típicas."
A lente gravitacional é um fenómeno natural no qual a luz emitida por um objeto distante é curvada pela gravidade de um corpo massivo, como uma galáxia ou um aglomerado de galáxias localizado em primeiro plano. O nome "lente gravitacional" é derivado do facto de que a gravidade do objeto massivo atua como lente. Quando olhamos através de uma lente gravitacional, a luz de objetos distantes é ampliada e as suas formas são esticadas. Por outras palavras, é um "telescópio natural" que flutua no espaço.
A equipa do levantamento ALCS (ALMA Lensing Cluster Survey) usou o ALMA para procurar um grande número de galáxias no início do Universo que são ampliadas pelo efeito de lente gravitacional. Combinando o poder do ALMA, com a ajuda dos telescópios naturais, os investigadores são capazes de descobrir e estudar galáxias mais fracas.
Porque é que é crucial explorar as galáxias mais fracas do início do Universo? A teoria e as simulações preveem que a maioria das galáxias formadas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang são pequenas e, portanto, ténues. Embora várias galáxias no início do Universo já tenham sido observadas anteriormente, devido às capacidades dos telescópios as estudadas foram limitadas aos objetos mais massivos e, portanto, às galáxias menos representativas no início do Universo. A única maneira de entender a formação padrão das primeiras galáxias e obter uma imagem completa da formação de galáxias é focar nas galáxias mais fracas e numerosas.
A equipa do ALCS realizou um programa de observação em larga escala que levou 95 horas, muito tempo para observações típicas do ALMA, para observar as regiões centrais de 33 enxames galácticos que podiam provocar lentes gravitacionais. Um destes enxames, chamado RXCJ0600-2007, está localizado na direção da constelação de Lebre e tem cerca de 1000 biliões de vezes a massa do Sol. A equipa descobriu uma única galáxia distante que está a ser afetada pela lente gravitacional criada por este telescópio natural. O ALMA detetou a luz de iões de carbono e poeira estelar na galáxia, juntamente com dados obtidos com o telescópio Gemini, e determinou que a galáxia é vista cerca de 900 milhões de anos após o Big Bang (há 12,9 mil milhões de anos). Uma análise mais profunda dos dados do ALMA e do Gemini sugeriu que parte desta fonte é vista 160 vezes mais brilhante do que realmente é.
Ao medir com precisão a distribuição de massa do enxame de galáxias, é possível "desfazer" o efeito de lente gravitacional e restaurar a aparência original do objeto ampliado. Ao combinar dados do Telescópio Espacial Hubble e do VLT (Very Large Telescope) do ESO com um modelo teórico, a equipa conseguiu reconstruir a forma real da distante galáxia RXCJ0600-z6. A massa total desta galáxia equivale a cerca de 2 a 3 mil milhões de sóis, o que corresponde a aproximadamente 1/100 do tamanho da nossa própria Galáxia, a Via Láctea.
O que surpreendeu a equipa é que RXCJ0600-z6 está a girar. Tradicionalmente, pensava-se que o gás nas galáxias jovens tinha um movimento caótico e aleatório. Apenas recentemente o ALMA descobriu várias galáxias jovens em rotação que desafiaram a estrutura teórica tradicional, mas estas eram várias ordens de magnitude mais brilhantes (maiores) do que RXCJ0600-z6.
"O nosso estudo demonstra, pela primeira vez, que podemos medir diretamente o movimento interno destas galáxias ténues (menos massivas) no Universo inicial e compará-lo com as previsões teóricas," diz Kotaro Kohno, professor da Universidade de Tóquio e líder da equipa ALCS.
"O facto de RXCJ0600-z6 ter um fator de ampliação alto também aumenta as expetativas para investigações futuras," explica Seiji Fujimoto, bolsista no Instituto Niels Bohr. "Esta galáxia foi selecionada, entre centenas, para ser observada pelo Telescópio Espacial Webb, o telescópio espacial de próxima geração a ser lançado este outono. Por meio de observações conjuntas usando o ALMA e o Webb, vamos desvendar as propriedades do gás e das estrelas numa galáxia bebé e os seus movimentos internos. Quando o TMT (Thirty Meter Telescope) e o ELT (Extremely Large Telescope) estiverem concluídos, podem ser capazes de detetar enxames de estrelas na galáxia e, possivelmente, até mesmo identificar estrelas individuais. Há um exemplo de lente gravitacional que tem sido usado para observar uma única estrela a 9,5 mil milhões de anos-luz, e esta investigação tem o potencial de estender esta distância para menos de mil milhões de anos após o nascimento do Universo."
Imagem reconstruída da galáxia distante RXCJ0600-z6 compensando o efeito de lente gravitacional provocado pelo enxame de galáxias. Os contornos vermelhos mostram a distribuição das ondas de rádio emitidas pelos iões de carbono capturadas pelo ALMA, e os contornos azuis mostram a dispersão da luz capturada pelo Telescópio Espacial Hubble. A linha crítica, onde a intensidade da luz da lente gravitacional está no seu máximo, percorre o lado esquerdo da galáxia, de modo que esta parte da galáxia foi ainda mais ampliada (imagem na inserção).
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Fujimoto et al., Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA
