Nota de Imprensa

O ALMA rescreve a história da formação estelar intensa no Universo

Captura recorde de galáxias distantes inclui a mais longínqua detecção de água publicada até à data

13 de Março de 2013

Observações feitas com o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) mostram que a formação estelar mais intensa no cosmos ocorreu muito mais cedo do que o que se supunha anteriormente. Os resultados são publicados numa série de artigos científicos que sairão na revista Nature a 14 de março de 2013 e na revista da especialidade Astrophysical Journal. Este trabalho é o exemplo mais recente das descobertas que estão a ser feitas com o ALMA, o novo observatório internacional que é hoje inaugurado.

Pensa-se que os episódios de formação estelar mais intensos ocorreram no Universo primordial, em galáxias brilhantes de grande massa. Estas galáxias com formação estelar explosiva convertem enormes reservatórios de gás e poeira cósmica em novas estrelas a uma taxa impressionante - muitas centenas de vezes mais depressa do que a formação estelar que ocorre nas mais plácidas galáxias em espiral como a nossa Galáxia, a Via Láctea. Ao olhar para longe no espaço, para galáxias tão distantes que a sua luz demorou muitos milhares de milhões de anos a chegar até nós, os astrónomos conseguem observar esta fase bem atarefada do Universo jovem.

“Quanto mais distante estiver uma galáxia, mais longe no tempo a estamos a ver, por isso ao medir distâncias podemos reconstruir a linha cronológica de quão vigorosa é a formação estelar no Universo nas diferentes épocas da sua história de 13,7 mil milhões de anos,” disse Joaquin Vieira (California Institute of Technology, EUA), que liderou a equipa e é também o autor principal do artigo na revista Nature.

A equipa internacional de investigadores descobriu inicialmente estas distantes e enigmáticas galáxias com formação estelar explosiva, utilizando o South Pole Telescope (SPT) de 10 metros, da Fundação Científica Nacional dos EU, e seguidamente o ALMA para observar as galáxias com mais pormenor e explorar a formação estelar no Universo primordial. Os cientistas ficaram surpreendidos ao descobrir que muitas destas galáxias longínquas e poeirentas que estão a formar estrelas, se encontram ainda mais longe do que o esperado, o que significa que, em média, os episódios de formação estelar intensa ocorreram há 12 mil milhões de anos atrás, quando o Universo tinha menos de 2 mil milhões de anos - mil milhões mais cedo do que o que se pensava anteriormente.

Duas destas galáxias são as mais distantes deste tipo de galáxias alguma vez observadas - estão tão distantes que a sua luz começou a sua viagem quando o Universo tinha apenas mil milhões de anos. Mais ainda, numa destas galáxias recorde, detectou-se água entre as moléculas observadas, o que marca as observações de água mais distantes no cosmos publicadas até à data.

A equipa usou a sensibilidade sem precedentes do ALMA para capturar a radiação emitida por 26 destas galáxias no comprimento de onda dos três milímetros. Esta radiação a comprimentos de onda característicos é produzida por moléculas de gás nestas galáxias, sendo os comprimentos de onda esticados pela expansão do Universo ao longo dos milhares de milhões de anos que a luz demora a chegar até nós. Ao medir os comprimentos de onda esticados, os astrónomos podem calcular quanto tempo a luz demorou a chegar e assim colocar cada galáxia no lugar certo da história cósmica.

“A sensibilidade do ALMA e a observação em largos intervalos de comprimentos de onda que o telescópio permite, significam que podemos medir cada galáxia em apenas alguns minutos - cerca de cem vezes mais depressa do que antes,” disse Axel Weiss (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bona, Alemanha), que liderou o trabalho da medição das distâncias às galáxias. “Anteriormente, uma medição como esta teria sido um laborioso processo de combinar dados, tanto de telescópios ópticos como de rádio telescópios.”

Na maioria dos casos, as observações ALMA foram suficientes para determinar as distâncias, no entanto, para algumas das galáxias a equipa combinou os dados ALMA com medições obtidas com outros telescópios, incluindo o Atacama Pathfinder Experiment (APEX) e o Very Large Telescope do ESO [1].

Os astrónomos utilizaram apenas uma rede parcial com 16 das 66 antenas gigantes que fazem parte do ALMA, uma vez que o observatório na altura ainda estava a ser construído, a uma altitude de 5000 metros no remoto Planalto do Chajnantor, nos Andes chilenos. Quando estiver completo, o ALMA será ainda mais sensível e poderá detectar galáxias ainda mais ténues. Por ora, os astrónomos observaram as mais brilhantes e além disso tiveram uma ajuda da natureza: utilizaram lentes gravitacionais, um efeito previsto pela teoria da relatividade geral de Einstein, onde a radiação emitida por uma galáxia distante é distorcida pelo efeito gravitacional de uma galáxia mais próxima de nós, que actua como uma lente, fazendo com que a fonte longínqua pareça mais brilhante.

Para compreender precisamente de quanto é que a lente gravitacional tornava mais brilhante as galáxias de fundo, a equipa obteve imagens muito nítidas destas galáxias, utilizando observações ALMA no comprimento de onda dos 0,9 milímetros.

“Estas belas imagens obtidas com o ALMA mostram as galáxias de fundo distorcidas em arcos múltiplos de luz, conhecidos como anéis de Einstein, que rodeiam as galáxias mais próximas,” disse Yashar Hezaveh (McGill University, Montreal, Canadá), que liderou o estudo das lentes gravitacionais. “Estamos a usar a enorme quantidade de matéria escura que rodeia as galáxias a meio caminho como um telescópio cósmico, para fazer com que galáxias ainda mais distantes pareçam maiores e mais brilhantes.”

A análise da distorção revela que algumas das galáxias longínquas com formação estelar intensa apresentam um brilho equivalente a 40 bilhões de sóis, sendo que as lentes gravitacionais amplificaram até 22 vezes este valor.

“Apenas algumas galáxias com este efeito de lente gravitacional tinham sido descobertas anteriormente nos comprimentos de onda do submilímetro, mas agora o SPT e o ALMA descobriram dúzias delas,” disse Carlos de Breuck (ESO), um membro da equipa. “ Este tipo de ciência era feita anteriormente nos comprimentos de onda do visível com o Telescópio Espacial Hubble, mas os nossos resultados mostram que o ALMA é uma ferramenta muito mais poderosa neste campo de investigação.”

Notas

[1] As observações adicionais foram obtidas com o APEX, o VLT, o Australia Telescope Compact Array (ATCA) e o Submillimeter Array (SMA).

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo “Dusty starburst galaxies in the early Universe as revealed by gravitational lensing”, de J. Vieira et al., publicado na revista Nature. O trabalho de medição das distâncias às galáxias foi descrito num artigo “ALMA redshifts of millimeter-selected galaxies from the SPT survey: The redshift distribution of dusty star-forming galaxies”, de A. Weiss et al., publicado na revista da especialidade Astrophysical Journal. O estudo das lentes gravitacionais foi descrito num artigo “ALMA observations of strongly lensed dusty star-forming galaxies”, de Y. Hezaveh et al., também publicado na revista da especialidade Astrophysical Journal.

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma infraestrutura astronómica internacional, é uma parceria entre a Europa, a América do Norte e o Leste Asiático, em cooperação com a República do Chile. O ALMA é financiado na Europa pelo Observatório Europeu do Sul (ESO), na América do Norte pela Fundação Nacional para a Ciência dos Estados Unidos (NSF) em cooperação com o Conselho Nacional de Investigação do Canadá (NRC) e no Leste Asiático pelos Institutos Nacionais de Ciências da Natureza (NINS) do Japão em cooperação com a Academia Sínica (AS) da Ilha Formosa. A construção e operação do ALMA é coordenada pelo ESO, em prol da Europa, pelo Observatório Nacional de Rádio Astronomia (NRAO), que é gerido, pela Associação de Universidades (AUI), em prol da América do Norte e pelo Observatório Astronómico Nacional do Japão (NAOJ), em prol do Leste Asiático. O Observatório ALMA (JAO) fornece uma liderança e direção unificadas na construção, gestão e operação do ALMA.

O ESO 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 15 países: Alemanha, Áustria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, 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 óptico mais avançado do mundo e dois telescópios de rastreio. O VISTA, o maior telescópio de rastreio do mundo que trabalha no infravermelho e o VLT Survey Telescope, o maior telescópio concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é o parceiro europeu do revolucionário telescópio  ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. O ESO encontra-se a planear o European Extremely Large Telescope, E-ELT, um telescópio de 39 metros que observará na banda do visível e próximo infravermelho. O E-ELT será “o maior olho no céu do mundo”.

Links

• Artigo científico de J. Vieira et al.
• Artigo científico de A. Weiss et al. sobre o trabalho de medição das distâncias às galáxias
• Artigo científico de Y. Hezaveh et al. sobre o estudo das lentes gravitacionais
• Mais sobre o ALMA no ESO
• O Observatório ALMA

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1313, 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.