A deteção mais distante do campo magnético de uma galáxia

8 de setembro de 2023

Esta imagem mostra a orientação do campo magnético da galáxia distante 9io9, observada quando o Universo tinha apenas 20% da sua idade atual — a deteção mais distante do campo magnético de uma galáxia. As observações foram obtidas pelo ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), do qual o ESO é um parceiro. Os grãos de poeira no seio de 9io9 estão mais ou menos alinhados com o campo magnético da galáxia e, por isso, emitem luz polarizada, o que significa que as ondas de luz oscilam segundo uma direção privilegiada, em vez de aleatória. O ALMA detetou esta polarização, a partir da qual os astrónomos puderam determinar a orientação do campo magnético, que aqui mostramos como linhas curvas sobrepostas à imagem ALMA.
A luz polarizada emitida pela poeira magneticamente alinhada de 9io9 era extremamente fraca, representando apenas 1% do brilho total da galáxia, no entanto os astrónomos usaram um "truque" da natureza para obter este resultado: uma lente gravitacional. Apesar de 9io9 estar muito longe de nós, a sua luz aparece-nos distorcida e muito mais brilhante, uma vez que se curva por efeito da gravidade de um objeto muito maior que se encontra entre ela e a Terra.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/J. Geach et al.

Com o auxílio do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), os astrónomos detetaram o campo magnético de uma galáxia tão distante que a sua luz demorou mais de 11 mil milhões de anos a chegar até nós: estamos a observá-la quando o Universo tinha apenas 2,5 mil milhões de anos de idade. Este resultado forneceu aos astrónomos pistas cruciais sobre como é que se formaram os campos magnéticos de galáxias tais como a nossa Via Láctea.

Há imensos objetos no Universo que apresentam campos magnéticos, sejam eles planetas, estrelas ou galáxias. "As pessoas podem não se aperceber, mas na nossa Galáxia e noutras galáxias entrelaçam-se campos magnéticos com dimensões da ordem das dezenas de milhares de anos-luz," diz James Geach, professor de astrofísica na Universidade de Hertfordshire, no Reino Unido, e autor principal deste estudo publicado na revista Nature.

"Na realidade, sabemos muito pouco relativamente à formação destes campos magnéticos, apesar de serem fundamentais para compreendermos a evolução galáctica," acrescenta Enrique Lopez Rodriguez, investigador na Universidade de Stanford, EUA, que também participou no estudo. Não é claro quão cedo na vida do Universo, e quão rápido, é que os campos magnéticos se formaram nas galáxias, isto porque, até agora, os astrónomos apenas tinham mapeado campos magnéticos em galáxias próximas.

Agora, e com o auxílio do ALMA, do qual o ESO é um parceiro, Geach e a sua equipa descobriram um campo magnético completamente formado numa galáxia distante, semelhante em estrutura àqueles observados em galáxias próximas. O campo é cerca de mil vezes mais fraco do que o campo magnético da Terra, mas estende-se ao longo de mais de 16.000 anos-luz.

"Esta descoberta dá-nos novas pistas sobre como é que os campos magnéticos se formam à escala galáctica," explica Geach. A observação de um campo magnético completamente desenvolvido tão cedo na história do Universo indica que os campos magnéticos que englobam galáxias inteiras podem formar-se rapidamente na altura em que as galáxias jovens ainda se estão a desenvolver.

Esta imagem infravermelha mostra a galáxia distante 9io9, que aqui vemos como um arco avermelhado que se curva em torno de uma galáxia brilhante próxima de nós. Esta galáxia próxima atua como uma lente gravitacional: a sua massa curva o espaço-tempo à sua volta, curvando assim os raios de luz que nos chegam de 9io9, que está ao fundo e, por isso, nos aparece com esta forma distorcida.
Esta imagem colorida resulta da combinação de imagens infravermelhas obtidas com o telescópio VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy) do ESO, no Chile, e com o CFHT (Canada-France-Hawaii Telescope), nos EUA.
Crédito: ESO/J. Geach et al.

A equipa pensa que a formação estelar intensa no Universo primordial poderá acelerar o desenvolvimento de campos magnéticos. Adicionalmente, estes campos podem, por sua vez, influenciar o modo como se formam as gerações seguintes de estrelas. Rob Ivison, coautor do trabalho e astrónomo do ESO, afirma que esta descoberta abre "uma nova janela para o funcionamento interno das galáxias, uma vez que os campos magnéticos estão ligados ao material que está a formar novas estrelas."

Para fazer esta deteção, a equipa observou a radiação emitida por grãos de poeira de uma galáxia distante, 9io9. As galáxias estão repletas de grãos de poeira e quando um campo magnético se encontra presente, estes grãos tendem a alinhar-se, fazendo com que a radiação que emitem seja polarizada. Isto significa que as ondas de luz oscilam segundo uma direção privilegiada, em vez de aleatória. Quando o ALMA detetou e mapeou um sinal polarizado emitido pela galáxia 9io9, confirmou-se pela primeira vez a presença de um campo magnético numa galáxia muito distante.

"Nenhum outro telescópio teria conseguido fazer esta observação," diz Geach. A esperança é que com esta e outras observações futuras de campos magnéticos distantes, começaremos a desvendar o mistério da formação destas estruturas galácticas fundamentais.

// ESO (comunicado de imprensa)
// Observatório ALMA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature)
// Artigo científico (arXiv.org)

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Science Alert
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ScienceDaily
Gizmodo

Galáxia 9io9:
Simbad
Wikipedia

ALMA:
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ALMA (ESO)
Wikipedia