Nota de Imprensa

Explicado: Porque é que tantos rastreios de galáxias longínquas perdem 90% dos seus alvos

24 de Março de 2010

Os astrónomos sabem desde há muito tempo que, em muitos rastreios do Universo longínquo, uma grande fracção da radiação intrínseca total não é observada. Agora, graças a um rastreio profundo executado com dois dos quatro telescópios gigantes de 8.2 metros que compõem o Very Large Telescope do ESO (VLT) e a um filtro de alta qualidade, os astrónomos determinaram que uma enorme fracção de galáxias cuja luz demorou 10 mil milhões de anos a chegar até nós não foi descoberta. O rastreio ajudou igualmente a encontrar algumas das galáxias menos luminosas alguma vez descobertas nesta fase inicial do Universo.

Os astrónomos utilizam frequentemente a impressão digital forte e característica da radiação emitida pelo hidrogénio conhecida como risca de Lyman-alfa, para investigarem o número de estrelas formadas no Universo longínquo [1]. No entanto, suspeita-se desde há muito tempo que inúmeras galáxias permanecem por descobrir nestes rastreios. Um novo rastreio obtido com o VLT demonstra, pela primeira vez, que é exactamente isso que se passa. A maior parte da emissão de Lyman-alfa fica presa na galáxia que a emite, e por isso 90% das galáxias não aparecem nos rastreios baseados nesta radiação.

“Os astrónomos sempre souberam que estavam a perder uma certa fracção de galáxias nos rastreios de Lyman-alfa,” explica Matthew Hayes, autor principal do artigo publicado esta semana na revista Nature, “mas agora e pela primeira vez podemos quantificar essa fracção. O número de galáxias perdido é substancial.”

Para determinarem que fracção da radiação total se está a perder, Hayes e a sua equipa utilizaram a câmara FORS montada no VLT e um filtro de banda estreita [2] para medir a radiação de Lyman-alfa, seguindo o procedimento standard dos rastreios de Lyman-alfa. Seguidamente, usando a nova câmara HAWK-I montada noutro dos telescópios que compõem o VLT, fizeram, na mesma zona do espaço, o mapeamento da risca de H-alfa, radiação emitida a um comprimento de onda diferente, também por hidrogénio brilhante. Procuraram especificamente galáxias cuja luz tivesse viajado durante 10 mil milhões de anos (deslocamento para o vermelho de 2.2 [3]), numa zona do céu bem estudada, conhecida como o campo GOODS-South.

“Esta é a primeira vez que observámos uma zona do céu tão profundamente, observando a radiação emitida pelo hidrogénio a estes dois comprimentos de onda tão específicos, o que provou ser crucial,” diz Göran Östlin, membro da equipa. O rastreio foi extremamente profundo e por isso mesmo descobriu algumas das galáxias menos luminosas conhecidas nesta fase inicial da vida do Universo. Os astrónomos puderem assim concluir que os rastreios tradicionais baseados na risca de Lyman-alfa vêem apenas uma pequena parte da radiação que é emitida, já que a maioria dos fotões Lyman-alfa são destruídos por interacção com as nuvens interestelares de gás e poeira. Este efeito é dramaticamente mais significativo no caso da radiação Lyman-alfa do que no caso da radiação H-alfa. Como resultado, muitas galáxias, numa proporção tão alta como 90%, não são detectadas destes rastreios.” Ou seja, se observamos dez galáxias, podem bem existir cem,” diz Hayes.

Diferentes métodos observacionais, tendo como alvo a radiação emitida a diferentes comprimentos de onda, levará sempre a uma visão do Universo que é apenas parcialmente completa. Os resultados deste rastreio alertam de maneira clara os cosmólogos, uma vez que a assinatura de Lyman-alfa é cada vez mais tida em conta quando se trata de examinar as primeiras galáxias que se formaram na história do Universo. “Agora que sabemos quanta radiação temos estado a perder, poderemos começar a criar representações do cosmos muito mais fiáveis, compreendendo melhor quão depressa as estrelas se formaram em diferentes épocas da vida do Universo,” diz o co-autor Miguel Mas-Hesse.

Esta descoberta foi possível graças à câmara utilizada. HAWK-I, que viu a primeira luz em 2007, é um instrumento de última geração. “Existem apenas algumas câmaras com um campo de visão maior do que o da HAWK-I, mas encontram-se montadas em telescópios com menos de metade do tamanho do VLT. Por isso, apenas a VLT/HAWK-I é capaz de encontrar de forma eficaz galáxias tão pouco luminosas a estas distâncias,” diz o membro da equipa Daniel Schaerer.

Notas

[1] A radiação de Lyman-alfa corresponde à radiação emitida por hidrogénio excitado (ou seja, quando o electrão que se encontra em volta do núcleo salta do primeiro nível de excitação para o nível fundamental. A radiação é emitida no ultravioleta, a 121.6 nm. A risca de Lyman-alfa é a primeira da chamada série de Lyman, a qual detém o nome do seu descobridor, Theodore Lyman.
A série de Balmer, assim chamada devido a Johann Balmer, corresponde igualmente a radiação emitida por hidrogénio excitado. Neste caso, o electrão vem para o primeiro nível de excitação. A primeira risca desta série é a risca de H-alfa, emitida a 656.3 nm.
Como a maior parte dos átomos de hidrogénio presentes numa galáxia têm o seu electrão no nível fundamental, a radiação de Lyman-alfa é absorvida de modo mais eficiente do que a radiação de H-alfa, a qual necessita que os átomos tenham o electrão no segundo nível de excitação. Uma vez que isto é muito pouco comum no hidrogénio interestelar frio que permeia as galáxias, o gás é praticamente transparente à radiação de H-alfa.

[2] Um filtro de banda estreita é um filtro óptico concebido para deixar passar apenas uma estreita largura de banda de radiação, centrada num comprimento de onda específico. Os filtros de banda estreita tradicionais incluem os centrados nas riscas da série de Balmer, tais como H-alfa.

[3] Uma vez que o Universo se encontra em expansão, a radiação emitida por um objecto distante é desviada, no espectro electromagnético, para os maiores comprimentos de onda, de uma quantidade que depende da distância. Daí dizermos que existe um desvio para o vermelho da radiação emitida originalmente. Um desvio para o vermelho de 2.2 – correspondente a galáxias cuja radiação demorou aproximadamente 10 mil milhões de anos a chegar até nós – significa que a radiação está esticada de um factor 3.2. Por isso, a radiação de Lyman-alfa é observada a cerca de 390 nm, próxima do domínio do visível, podendo ser observada pelo instrumento FORS montado no VLT do ESO, enquanto que a risca de H-alfa se deslocou para os 2.1 microns, no infravermelho próximo. Pode, por isso, ser observada com o instrumento HAWK-I montado no VLT.

Informações adicionais

Este trabalho foi apresentado num artigo científico que aparecerá na revista Nature (“Escape of about five per cent of Lyman-α photons from high-redshift star-forming galaxies”, por M. Hayes et al.).

A equipa é composta por Matthew Hayes, Daniel Schaerer e Stéphane de Barros (Observatoire Astronomique de l'Université de Genève, Suíça), Göran Östlin e Jens Melinder (Stockholm University, Suécia), J. Miguel Mas-Hesse (CSIC-INTA, Madrid, Espanha), Claus Leitherer (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), Hakim Atek e Daniel Kunth (Institut d'Astrophysique de Paris, França), e Anne Verhamme (Oxford Astrophysics, U.K.).

O ESO, o Observatório Europeu do Sul, é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO é financiado por 14 países: Áustria, Alemanha, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Itália, Holanda, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e funcionamento de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta, no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera o Very Large Telescope, o observatório astronómico, no visível, mais avançado do mundo. O ESO é o parceiro europeu do revolucionário telescópio ALMA, o maior projecto astronómico que existe actualmente. O ESO encontra-se a planear o European Extremely Large Telescope, E-ELT, um telescópio de 42 metros que observará na banda do visível e próximo infravermelho. O E-ELT será “o maior olho no céu do mundo”.

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1013, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.