ASTRÓNOMOS DESCOBREM GALÁXIAS PERTO DE "MADRUGADA CÓSMICA"
14 de Dezembro de 2012
Uma equipa de astrónomos do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) usou o Telescópio Espacial Hubble para descobrir sete das galáxias mais primitivas e distantes já observadas.
Uma das galáxias, dizem os astrónomos, pode quebrar o recorde de galáxia mais antiga já descoberta, observada quando o Universo tinha apenas 380 milhões de anos. Todas as galáxias recém-descobertas formaram-se há mais de 13 mil milhões de anos, quando o Universo tinha apenas cerca de 4% da sua idade actual, um período que os astrónomos chamam de "madrugada cósmica", quando as primeiras galáxias nasceram. O Universo tem agora 13,7 mil milhões de anos.
De acordo com a equipa, as novas observações abrangem um período entre 350 e 600 milhões anos após o Big Bang e representam o primeiro censo confiável de galáxias de um momento tão jovem da história cósmica. Os astrónomos descobriram que o número de galáxias aumentou de forma constante com o passar do tempo, apoiando a ideia de que as primeiras galáxias não foram formadas numa explosão repentina, mas gradualmente agruparam as suas estrelas.
Dado que a luz demora milhares de milhões de anos a viajar distâncias tão grandes, as imagens astronómicas mostram como o Universo era durante esse período, há milhares de milhões de anos atrás, quando as primeiras luzes começaram a sua viagem. Quanto mais longe no espaço os astrónomos observam, mais para trás no tempo vêm.
No novo estudo, que foi recentemente aceite para publicação na revista Astrophysical Journal Letters, a equipa explorou as profundezas do Cosmos e, portanto, o passado mais distante possível com o Hubble.
"Obtivemos a maior exposição de sempre do Hubble, capturando algumas das galáxias mais ténues e mais distantes," afirma Richard Ellis, professor de Astronomia no Caltech e o autor principal do artigo. "A nova profundidade e a nossa estratégia de observação cuidadosamente projectada foram as principais características da nossa campanha para estudar este período inicial da história cósmica."
Os resultados são os primeiros de um novo estudo do Hubble, focado sobre um pequeno pedaço do céu conhecido como HUDF (Hubble Ultra Deep Field), que foi estudado pela primeira vez há nove anos atrás. Os astrónomos usaram a câmara WFC3 (Hubble's Wide Field Camera 3) para observar o HUDF perto do infravermelho durante um período de seis semanas em Agosto e Setembro de 2012.
Para determinar as distâncias até às galáxias, a equipa mediu as suas cores usando quatro filtros que permitem ao Hubble capturar radiação perto do infravermelho em comprimentos de onda específicos. "Utilizámos um filtro que não tinha sido usado até à data na observação profunda, e realizámos exposições muito mais profundas com alguns filtros de trabalhos anteriores, a fim de rejeitar de forma convincente a possibilidade de algumas das nossas galáxias serem objectos de primeiro plano," afirma James Dunlope, membro da equipa e do Instituto para Astronomia da Universidade de Edimburgo.
Os filtros cuidadosamente escolhidos permitiram aos astrónomos medir a luz absorvida pelo hidrogénio neutro, que preencheu o Universo cerca de 400.000 anos após o Big Bang. As estrelas e as galáxias começaram a formar-se cerca de 200 milhões de anos após o Big Bang. À medida que eram formadas, banharam o Cosmos com radiação ultravioleta, que ionizou o hidrogénio neutro ao retirar um electrão de cada átomo de hidrogénio. Esta chamada "época de reionização" durou até quando o Universo tinha aproximadamente mil milhões de anos.
Se tudo no Universo estivesse parado, os astrónomos conseguiriam ver que apenas um comprimento de onda específico tinha sido absorvido pelo hidrogénio neutro. Mas o Universo está em expansão, e isto estica os comprimentos de onda oriundos das galáxias. A quantidade de luz "esticada" é chamada de desvio para o vermelho e depende da distância: quando mais longe está uma galáxia, maior é o seu desvio para o vermelho.
Como resultado desta expansão cósmica, os astrónomos observam que a absorção de luz pelo hidrogénio neutro ocorre em comprimentos de onda mais longos para galáxias mais distantes. Os filtros permitiram aos investigadores determinar em que comprimento de onda a luz era absorvida, o que revelou a distância da galáxia e, portanto, o período na história cósmica em que foi formada. Usando esta técnica para penetrar cada vez mais para trás no tempo, a equipa encontrou um número cada vez menor de galáxias.
"Os nossos dados confirmam que a reionização é um processo longo que ocorreu durante várias centenas de milhões de anos, em que as galáxias lentamente construíram as suas estrelas e os elementos químicos," afirma Brand Robertson, da Universidade do Arizona em Tucson, EUA e co-autor do artigo. "Não houve um único momento dramático em que as galáxias se formaram; é um processo gradual."
As novas observações - que puxaram os limites técnicos do Hubble - são uma pista do que está por vir com a próxima geração de telescópios espaciais infravermelhos. Para estudar ainda mais longe no passado, e observar galáxias cada vez mais antigas, os astrónomos têm que observar em comprimentos mais longos do que o Hubble consegue detectar. Isto porque a expansão cósmica tanto esticou a luz das galáxias mais distantes, que brilham predominantemente no infravermelho. O Telescópio Espacial James Webb, com lançamento previsto para daqui a uns anos, terá como alvo essas galáxias.
"Apesar de termos alcançado os limites do Hubble, o telescópio espacial de certo modo definiu o cenário para o Webb," diz o membro da equipa Anton Koekemoer do STScI (Space Telescope Science Institute). "O nosso trabalho mostra que há um rico campo de galáxias ainda mais antigas que o Webb será capaz de estudar."
Os quadrados coloridos na imagem principal mostram os locais das galáxias recém-descobertas. Ampliações de cada galáxia está legendada com o desvio para o vermelho (z), que mede quanto a radiação ultravioleta e luz visível é esticada para comprimentos de onda infravermelhos devido à expansão do Universo. A galáxia observada com um desvio para o vermelho de 11,9 pode quebrar o recorde de galáxia mais distante, observada 380 milhões de anos após o Big Bang.
Crédito: NASA/ESA/Caltech-R. Ellis/Equipa HUDF12
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