Nota de Imprensa

ALMA observa pela primeira vez formação de galáxias no Universo primordial

22 de Julho de 2015

Com o auxílio do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) foram detectadas as nuvens de gás de formação estelar mais distantes observadas até hoje em galáxias normais no Universo primordial. As novas observações permitem aos astrónomos começar a ver como é que as primeiras galáxias se foram construindo e como é que limparam o nevoeiro cósmico durante a era da reionização. Esta é a primeira vez que tais galáxias são observadas com melhor detalhe do que simples manchas ténues.

Quando as primeiras galáxias se começaram a formar algumas centenas de milhões de anos depois do Big Bang, o Universo estava cheio de um nevoeiro de hidrogénio gasoso. Mas à medida que mais e mais fontes brilhantes —  tanto estrelas como quasares alimentados por enormes buracos negros — começaram a brilhar, este nevoeiro foi desaparecendo tornando o Universo transparente à radiação ultravioleta [1]. Os astrónomos chamam a este período a época da reionização, no entanto pouco se sabe acerca destas primeiras galáxias e, até agora, apenas se tinham observado como manchas ténues. Estas novas observações obtidas com o poder do ALMA estão a mudar esta realidade.

Uma equipa de astrónomos liderada por Roberto Maiolino (Cavendish Laboratory e Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Reino Unido) apontou o ALMA a galáxias que se sabia estarem a ser observadas a cerca de apenas 800 milhões de anos depois do Big Bang [2]. Os astrónomos não estavam à procura da radiação emitida pelas estrelas, mas sim do fraco brilho do carbono ionizado [3] emitido pelas nuvens de gás a partir das quais se formam as estrelas. A equipa pretendia estudar a interacção entre uma geração de estrelas jovem e os frios nodos de gás que se estavam a formar nestas primeiras galáxias.

A equipa também não estava à procura de objetos raros extremamente brilhantes — tais como quasares e galáxias com elevada taxa de formação estelar — que tinham sido observados anteriormente. Em vez disso, o trabalho concentrou-se em galáxias muito mais comuns, galáxias que reionizaram o Universo e se transformaram na maior parte das galáxias que vemos hoje à nossa volta.

Vindo de uma das galáxias — chamada BDF2399 — o ALMA captou um sinal fraco mas claro de carbono brilhante. No entanto, este brilho não vinha do centro da galáxia, mas sim de um dos lados.

O co-autor Andrea Ferrara (Scuola Normale Superiore, Pisa, Itália) explica a importância desta nova descoberta: “Trata-se da detecção mais distante deste tipo de emissão de uma galáxia “normal”, observada a menos de mil milhões de anos depois do Big Bang, o que nos dá a oportunidade de observar a formação das primeiras galáxias. Estamos a ver pela primeira vez galáxias primordiais não como pequenos pontos, mas como objetos com estrutura interna!”

Os astrónomos pensam que a localização deslocada do centro desta emissão deve-se ao facto das nuvens centrais estarem a ser desfeitas pelo meio inóspito criado pelas estrelas récem formadas — tanto pela sua radiação intensa como pelos efeitos de explosões de supernova — enquanto o carbono está a traçar gás frio recente que está a ser acretado do meio intergaláctico.

Ao combinar as novas observações ALMA com simulações de computador foi possível compreender em detalhe processos chave que estão a ocorrer no seio das primeiras galáxias. Os efeitos da radiação emitida pelas estrelas, o sobreviver de nuvens moleculares, o facto da radiação ionizante se escapar e a estrutura complexa do meio interestelar podem agora ser calculados e comparados às observações. A BDF2399 é muito possivelmente um exemplo típico das galáxias responsáveis pela reionização.

“Durante muitos anos tentámos compreender o meio interestelar e a formação das fontes de reionização. Conseguir finalmente testar previsões e hipóteses em dados reais do ALMA é algo extremamente excitante e que nos abre um novo conjunto de questões. Este tipo de observação clarificará muitos dos difíceis problemas que temos tido com a formação das primeiras estrelas e galáxias no Universo,” acrescenta Andrea Ferrara.

Roberto Maiolino conlui: “Este estudo teria sido simplesmente impossível sem o ALMA, uma vez que nenhum outro instrumento consegue atingir a sensibilidade e resolução espacial necessárias. Embora esta seja uma das observações mais profundas do ALMA realizada até agora, estamos ainda longe de atingir todas as capacidades deste telescópio. No futuro o ALMA fará imagens da estrutura fina das galáxias primordiais, mostrando em detalhe a formação das primeiras galáxias.”

Notas

[1] O hidrogénio neutro gasoso absorve de forma eficiente toda a radiação ultravioleta de alta energia emitida por estrelas jovens quentes. Consequentemente, estas estrelas são quase impossíveis de observar no Universo primordial. Ao mesmo tempo, a radiação ultravioleta absorvida ioniza o hidrogénio, fazendo com que se torne completamente transparente. As estrelas quentes estão por isso a “moldar” bolhas transparentes no gás. Assim que todas estas bolhas se juntam enchendo todo o espaço, a reionização está completa e o Universo torna-se completamente transparente.

[2] Com desvios para o vermelho entre 6,8 e 7,1.

[3] Os astrónomos estão especialmente interessados no carbono ionizado, já que esta risca espectral particular contém a maioria da energia injectada pelas estrelas, permitindo assim traçar o gás frio a partir do qual as estrelas se formam. De modo concreto, a equipa estava à procura da emissão do carbono uma vez ionizado (conhecido por [C II]). Esta radiação é emitida com o comprimento de onda de 158 micrómetros que, ao ser esticada pela expansão do Universo, chega ao ALMA exactamente com o bom comprimento de onda para ser detectada, cerca de 1,3 milímetros.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito num artigo científico intitulado “The assembly of “normal” galaxies at z∼7 probed by ALMA”, de R. Maiolino et al., que será publicado na revista da especialidade Monthly Notices of the Royal Astronomical Society a 22 de julho de 2015.

A equipa é composta por R. Maiolino (Cavendish Laboratory, University of Cambridge, Cambridge, Reino Unido; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Cambridge, Reino Unido) S. Carniani (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology; Universitá di Firenze, Florença, Itália), A. Fontana (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Itália), L. Vallini (Scuola Normale Superiore, Pisa, Itália; Universitá di Bologna, Bologna, Itália), L. Pentericci (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Itália), A. Ferrara (Scuola Normale Superiore, Pisa, Itália), E. Vanzella (INAF–Osservatorio Astronomico di Bologna, Bologna, Itália), A. Grazian (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), S. Gallerani (Scuola Normale Superiore, Pisa, Itália), M. Castellano (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Itália), S. Cristiani (INAF–Osservatorio Astronomico di Trieste, Trieste, Itália), G. Brammer (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, EUA), P. Santini (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Itália), J. Wagg (Square Kilometre Array Organization, Jodrell Bank Observatory, Reino Unido) e R. Williams (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology).

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma infraestrutura astronómica internacional, é uma parceria entre o ESO,  a Fundação Nacional para a Ciência dos Estados Unidos (NSF) e os Institutos Nacionais de Ciências da Natureza (NINS) do Japão, em cooperação com a República do Chile. O ALMA é financiado pelo ESO em prol dos seus Estados Membros, pela NSF em cooperação com o Conselho de Investigação Nacional do Canadá (NRC) e do Conselho Nacional Científico da Ilha Formosa (NSC) e pelo NINS em cooperação com a Academia Sinica (AS) da Ilha Formosa e o Instituto de Astronomia e Ciências do Espaço da Coreia (KASI).

A construção e operação do ALMA é coordenada pelo ESO, em prol dos seus Estados Membros; pelo Observatório Nacional de Rádio Astronomia dos Estados Unidos (NRAO), que é gerido pela Associação de Universidades, Inc. (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 de longe o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO é  financiado por 16 países: Alemanha, Áustria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Itália, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça, assim como pelo Chile, o país de acolhimento. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e operação 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 um parceiro principal no ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. E no Cerro Armazones, próximo do Paranal, o ESO está a construir o European Extremely Large Telescope (E-ELT) de 39 metros, que será “o maior olho do mundo virado para o céu”.

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Cavendish Laboratory & Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge
Cambridge, United Kingdom
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Telm: +44 7557 774718
Email: r.maiolino@mrao.cam.ac.uk

Andrea Ferrara
Scuola Normale Superiore
Pisa, Italy
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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1530, 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.