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Descoberto o primeiro par de quasares em fusão no "Amanhecer Cósmico"
21 de junho de 2024
 

Esta ilustração mostra dois quasares no processo de fusão. Usando o telescópio Gemini North, uma metade do Observatório Internacional Gemini, e o Telescópio Subaru, uma equipa de astrónomos descobriu um par de quasares em fusão vistos apenas 900 milhões de anos após o Big Bang. Este é não só o par mais distante de quasares em fusão alguma vez encontrado, mas também o primeiro par confirmado encontrado no período do Universo conhecido como "Amanhecer Cósmico".
Crédito: Observatório Internacional Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick
 
     
 
 
 

Com a ajuda do potente instrumento GNIRS do telescópio Gemini North, uma parte do Observatório Internacional Gemini, uma equipa de astrónomos descobriu um par de quasares que acaba de bater um duplo recorde. Não só é o par mais distante de quasares em fusão alguma vez encontrado, como também é o único par confirmado na era passada da formação mais antiga do Universo.

Desde o primeiro instante após o Big Bang que o Universo tem vindo a expandir-se. Isto significa que o Universo primitivo era consideravelmente mais pequeno e que era mais provável que as galáxias em formação inicial interagissem e se fundissem. As fusões de galáxias alimentam a formação de quasares - núcleos galácticos extremamente luminosos onde o gás e a poeira que caem num buraco negro supermassivo central emitem enormes quantidades de luz. Assim, ao olhar para o Universo primitivo, os astrónomos esperariam encontrar vários pares de quasares muito próximos uns dos outros, à medida que as suas galáxias hospedeiras se fundem. No entanto, ficaram surpreendidos por não encontrarem exatamente nenhum - até agora.

Com a ajuda do telescópio Gemini North, uma metade do Observatório Internacional Gemini, que é apoiado em parte pela NSF (National Science Foundation) dos EUA e operado pelo NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory), uma equipa de astrónomos descobriu um par de quasares em fusão vistos apenas 900 milhões de anos após o Big Bang. Este é não só o par de quasares em fusão mais distante alguma vez descoberto, mas também o primeiro par confirmado no período da história do Universo conhecido como "Amanhecer Cósmico".

O Amanhecer Cósmico decorreu entre cerca de 50 milhões de anos a mil milhões de anos após o Big Bang. Durante este período, as primeiras estrelas e galáxias começaram a aparecer, enchendo de luz, e pela primeira vez, o escuro Universo. A chegada das primeiras estrelas e galáxias deu início a uma nova era na formação do cosmos, conhecida como a Época da Reionização.

A Época da Reionização, que teve lugar no Amanhecer Cósmico, foi um período de transição cosmológica. Começando cerca de 400 milhões de anos após o Big Bang, a luz ultravioleta das primeiras estrelas, galáxias e quasares espalhou-se pelo cosmos, interagindo com o meio intergaláctico e retirando os eletrões dos átomos de hidrogénio primordiais do Universo, num processo conhecido como ionização. A Época da Reionização foi uma época crítica na história do Universo, que marcou o fim da "Idade das Trevas" cósmica e que deu origem às grandes estruturas que hoje observamos no nosso Universo local.

Para compreender o papel exato que os quasares desempenharam durante a Época da Reionização, os astrónomos estão interessados em encontrar e estudar os quasares que povoam esta era precoce e distante. "As propriedades estatísticas dos quasares na Época da Reionização dizem-nos muitas coisas, tais como o progresso e a origem da reionização, a formação de buracos negros supermassivos durante o Amanhecer Cósmico e a evolução inicial das galáxias hospedeiras dos quasares", disse Yoshiki Matsuoka, astrónomo da Universidade de Ehime, no Japão, autor principal do artigo científico que descreve estes resultados, publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

 
Esta imagem, obtida com o instrumento HSC (Hyper Suprime-Cam) do Telescópio Subaru, mostra um par de quasares no processo de fusão. As ténues manchas de vermelho chamaram a atenção dos astrónomos e a espetroscopia de acompanhamento com o telescópio Gemini North confirmou que estes objetos são quasares. O par é observado apenas 900 milhões de anos após o Big Bang. Não só este é o par mais distante de quasares em fusão alguma vez encontrado, mas também o primeiro par confirmado no período da história do Universo conhecido como Amanhecer Cósmico.
Crédito: NOIRLab/NSF/AURA/T.A. Retor (Universidade do Alasca em Anchorage/NSF do NOIRLab), D. de Martin (NSF do NOIRLab) e M. Zamani (NSF do NOIRLab)
 

Até agora foram descobertos cerca de 300 quasares na Época da Reionização, mas nenhum deles foi encontrado num par. Isto é, até que Matsuoka e a sua equipa estavam a rever imagens tiradas com o instrumento HSC (Hyper Suprime-Cam) do Telescópio Subaru e uma ténue mancha vermelha lhes chamou a atenção. "Enquanto examinava imagens de candidatos a quasar, reparei em duas fontes semelhantes e extremamente vermelhas, uma ao lado da outra", disse Matsuoka. "A descoberta foi puramente casual".

A equipa não tinha a certeza de que se tratava de um par de quasares, uma vez que os candidatos a quasares distantes estão contaminados por numerosas outras fontes, tais como estrelas e galáxias em primeiro plano e por efeitos de lentes gravitacionais. Para confirmar a natureza dos objetos, a equipa realizou espetroscopia de acompanhamento utilizando o FOCAS (Faint Object Camera and Spectrograph) do Telescópio Subaru e o GNIRS (Gemini Near-Infrared Spectrograph) do Gemini North. Os espetros, que dividem a luz emitida por uma fonte nos comprimentos de onda que a compõem, obtidos com o GNIRS, foram cruciais para caracterizar a natureza do par de quasares e das suas galáxias hospedeiras.

"O que aprendemos com as observações do GNIRS foi que os quasares são demasiado ténues para serem detetados no infravermelho próximo, mesmo com um dos maiores telescópios no solo", disse Matsuoka. Isto permitiu à equipa estimar que uma parte da luz detetada na gama de comprimentos de onda do visível não provém dos quasares propriamente ditos, mas da formação estelar em curso nas galáxias que os acolhem. A equipa também descobriu que os dois buracos negros são enormes, cada um com 100 milhões de vezes a massa do Sol. Este facto, associado à presença de uma ponte de gás entre os dois quasares, sugere que estes e as galáxias que os acolhem estão a passar por uma fusão de grande escala.

"Há muito tempo que se previa a existência de quasares em fusão na Época da Reionização. Agora foi confirmada pela primeira vez", disse Matsuoka (têm existido candidatos, mas é difícil separá-los de possíveis imagens gravitacionais de um único quasar. Existem também alguns candidatos a núcleos galácticos ativos duplos embebidos em galáxias individuais na Época da Reionização, mas estes têm uma luminosidade, ou atividade de buraco negro, muito menor do que os quasares e são dois componentes dentro de uma única galáxia, o que é qualitativamente diferente do que é descrito aqui neste texto).

A Época da Reionização liga a mais antiga formação da estrutura cósmica ao Universo complexo que observamos milhares de milhões de anos mais tarde. Ao estudar objetos distantes deste período, os astrónomos obtêm informações valiosas sobre o processo de reionização e sobre a formação dos primeiros objetos do Universo. Mais descobertas como esta podem estar no horizonte com o LSST (Legacy Survey of Space and Time) do Observatório Vera C. Rubin do NSF-DOE (Departamento de Energia dos EUA), com a duração de uma década e com início em 2025, que está preparado para detetar milhões de quasares utilizando as suas capacidades de imagem profunda.

 

// NOIRLab (comunicado de imprensa)
// Telescópio Subaru (comunicado de imprensa)
// Universidade de Ehime (comunicado de imprensa)
// IPMU Kavli (comunicado de imprensa)
// Universidade de Tóquio (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)
// Artigo científico (arXiv.org)
// Artigo científico complementar acerca do par de quasares, da ponte de gás que os liga e das galáxias hospedeiras, usando observações do ALMA (arXiv.org)

 


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Estrutura a grande-escala do Universo (Wikipedia)
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Cronologia do Big Bang (Wikipedia)
Modelo Lambda-CDM (Wikipedia)
Indicadores de distâncias cósmicas (Wikipedia)
"Escada" de distâncias cósmicas (Wikipedia)
Reionização (Wikipedia)

Observatório Internacional Gemini:
Página principal
Wikipedia
GNIRS (Observatório Internacional Gemini)

Telescópio Subaru:
NAOJ
Wikipedia
HSC (Telescópio Subaru)
FOCAS (Telescópio Subaru)

Observatório Vera C. Rubin:
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