Nota de Imprensa

O ALMA explora o Campo Ultra Profundo do Hubble

O rastreio milimétrico mais profundo obtido até à data do Universo primordial

22 de Setembro de 2016

Duas equipas internacionais de astrónomos utilizaram o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para explorar o Universo distante revelado pela primeira vez nas icónicas imagens do Campo Ultra Profundo do Hubble (HUDF, sigla do inglês Hubble Ultra Deep Field). Estas novas observações do ALMA são significativamente mais profundas e nítidas do que rastreios anteriores feitos nos comprimentos de onda milimétricos e mostram claramente a relação inequívoca que existe entre a taxa de formação estelar em galáxias jovens e a sua massa total de estrelas. As observações mostram igualmente as abundâncias do gás que está a formar estrelas em diferentes épocas, fornecendo assim novos conhecimentos sobre a “Idade de Ouro” da formação de galáxias, a qual ocorreu há aproximadamente 10 mil milhões de anos.

Os novos resultados ALMA serão publicados numa série de artigos científicos nas revistas da especialidade Astrophysical Journal e Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Os resultados estão também entre os que serão apresentados esta semana na conferência Half a Decade of ALMA (Meia Década com o ALMA), que decorre em Palm Springs, Califórnia, nos EUA.

Em 2004, as imagens do Campo Ultra Profundo do Hubble — pioneiras nas observações de campo profundo do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA — foram publicadas. Estas imagens exploravam o céu muito mais profundamente do que o que tinha sido feito até à data e revelavam uma enorme quantidade e variedade de galáxias que podiam ser vistas até menos de um milhar de milhão de anos depois do Big Bang. Esta área do céu foi observada várias vezes pelo Hubble e por muitos outros telescópios, o que resultou na imagem mais profunda do Universo obtida até à data.

Os astrónomos usaram agora o ALMA para mapear, pela primeira vez, na região dos comprimentos de onda do milímetro, esta janela para o Universo distante, correspondente uma área do céu aparentemente comum mas muito estudada [1]. Este mapeamento foi feito de modo profundo e bastante nítido, o que permitiu observar o ténue brilho emitido pelas nuvens de gás e também a emissão da poeira quente existente nas galáxias do Universo primordial.

O ALMA observou o HUDF cerca de 50 horas no total até agora, o que corresponde à maior quantidade de tempo de observação do ALMA passado numa única região do céu.

Uma das equipas, liderada por Jim Dunlop (University of Edinburgh, Reino Unido), utilizou o ALMA para obter a primeira imagem profunda e homogénea de uma região tão grande como o HUDF. Estes dados permitiram ajustar claramente as galáxias detectadas pelo ALMA com objetos já observados pelo Hubble ou por outras infraestruturas.

Este estudo mostrou claramente que a massa estelar de uma galáxia é o factor que melhor prevê a taxa de formação estelar no Universo a elevado desvio para o vermelho. Todas as galáxias detectadas são de elevada massa [2].

Jim Dunlop, autor principal do artigo científico que descreve as imagens profundas enfatiza a importância desta descoberta: “Este é um avanço revolucionário, pois pela primeira vez conseguimos ligar claramente as imagens visíveis e ultravioletas do Universo distante observadas pelo Hubble com as imagens  no infravermelho longínquo e milímetro obtidas com o ALMA.”

A segunda equipa, liderada por Manuel Aravela do Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago do Chile, e por Fabian Walter do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, na Alemanha, conduziu uma busca mais profunda em cerca de um sexto do campo total do HUDF [3].

“Levámos a cabo a primeira busca tridimensional feita "às cegas" de gás frio no Universo primordial,” disse Chris Carilli, astrónomo do National Radio Astronomy Observatory (NRAO), em Socorro, Novo Mexico, EUA, e membro da equipa de investigação. “Deste modo, descobrimos uma população de galáxias que não apareceu de forma nada evidente em qualquer outro rastreio profundo do céu.” [4]

Algumas das novas observações ALMA foram especificamente concebidas para detectar galáxias ricas em monóxido de carbono, o qual indica regiões onde se prepara a formação estelar. Estes reservatórios de gás molecular, que dão origem a formação estelar nas galáxias, são muitas vezes difíceis de detectar com o Hubble. O ALMA pode por isso ajudar a revelar a “metade que falta” do processo de formação e evolução das galáxias.

“Os novos resultados ALMA confirmam um rápido aumento no conteúdo de gás das galáxias à medida que olhamos para trás no tempo,” acrescenta o autor principal de dois dos artigos científicos que descrevem estes resultados, Manuel Aravela. “Este aumento do conteúdo de gás é provavelmente a causa principal do aumento das taxas de formação estelar durante a época principal de formação de galáxias, a qual ocorreu há cerca de 10 mil milhões de anos atrás.”

Os resultados apresentados hoje são apenas o início de uma série de observações futuras do ALMA para investigar o Universo distante. Por exemplo, está planeada uma campanha de observação de 150 horas do HUDF para termos mais indícios sobre a potencial história de formação estelar no Universo.

“Ao aumentar o nosso conhecimento sobre este material que forma estrelas, anteriormente desconhecido, o Grande Programa do ALMA previsto dar-nos-á uma visão completa das galáxias existentes no icónico Campo Ultra Profundo do Hubble,” conclui Fabian Walter.

Notas

[1] Os astrónomos escolheram especificamente o HUDF — uma região do espaço situada na ténue constelação austral da Fornalha — como área de estudo, de modo a que telescópios terrestres colocados no hemisfério sul, como é o caso do ALMA, pudessem observar a região, expandindo assim o nosso conhecimento do Universo muito longínquo.

Investigar o Universo profundo opticamente invisível era um dos principais objetivos científicos do ALMA.

[2] Neste contexto, “elevada massa” significa galáxias com massas estelares maiores que 20 mil milhões de massas solares. Em termos de comparação, a Via Láctea, que é uma galáxia grande, tem aproximadamente uma massa de 100 mil milhões de massas solares.

[3] Esta região do céu é cerca de 700 vezes mais pequena que a área do disco da Lua Cheia vista a partir da Terra. Um dos aspectos mais surpreendentes do HUDF foi o vasto número de galáxias encontradas numa fracção tão pequena do céu.

[4] A capacidade do ALMA em observar uma região do espectro electromagnético completamente diferente da do Hubble, permite aos astrónomos estudar diferentes tipos de objetos astronómicos, tais como nuvens a formar estrelas e objetos que, de outro modo, seriam demasiado ténues para poderem ser observados no visível, mas que podem ser observados nos comprimentos de onda milimétricos.

Esta busca é “cega” no sentido em que não se focou em nenhum objeto em particular.

As novas observações ALMA do HUDF incluem dois tipos distintos, mas complementares, de dados: observações de contínuo, que revelam a emissão da poeira e a formação estelar, e um rastreio de riscas de emissão espectrais, que mostram o gás molecular frio que alimenta a formação estelar. O segundo rastreio é particularmente valioso porque inclui informação relativa à quantidade de desvio para o vermelho que a radiação emitida por objetos distantes sofre, devido à expansão do Universo. Um maior desvio para o vermelho significa que um objeto se encontra mais afastado e por isso estamos a observá-lo mais longe no passado. Este aspecto permite aos astrónomos criar mapas tridimensionais do gás de formação estelar, traçando assim a sua evolução no tempo cósmico.

Buscas anteriores para mapear a distribuição do gás frio no Universo primordial foram levadas a cabo no observatório Plateau de Bure instalado nos Alpes franceses e com o Karl G. Jansky Very Large Array nos EUA.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito em vários artigos científicos intitulados:

1. “A deep ALMA image of the Hubble Ultra Deep Field”, de J. Dunlop et al., que será publicado na revista da especialidade Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
2. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Search for the [CII] Line and Dust Emission in 6 < z < 8 Galaxies”, de M. Aravena et al., que será publicado na revista da especialidade Astrophysical Journal.
3. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Molecular Gas Reservoirs in High-Redshift Galaxies”, de R. Decarli et al., que será publicado na revista da especialidade Astrophysical Journal.
4. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: CO Luminosity Functions and the Evolution of the Cosmic Density of Molecular Gas”, de R. Decarli et al., que será publicado na revista da especialidade Astrophysical Journal.
5. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Continuum Number Counts, Resolved 1.2-mm Extragalactic Background, and Properties of the Faintest Dusty Star Forming Galaxies”, de M. Aravena et al., que será publicado na revista da especialidade Astrophysical Journal.
6. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Survey Description”, de F. Walter et al., que será publicado na revista da especialidade Astrophysical Journal.
7. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: the Infrared excess of UV-selected z= 2-10 Galaxies as a Function of UV-continuum Slope and Stellar Mass”, de R. Bouwens et al., que será publicado na revista da especialidade Astrophysical Journal.
8. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Implication for spectral line intensity mapping at millimeter wavelengths and CMB spectral distortions”, de C. L. Carilli et al. que será publicado na revista da especialidade Astrophysical Journal.

As equipas são compostas por:

M. Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), R. Decarli (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Alemanha), F. Walter (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Alemanha; Astronomy Department, California Institute of Technology, EUA; NRAO, Pete V. Domenici Array Science Center, EUA), R. Bouwens (Observatório de Leiden, Leiden, Holanda; UCO/Lick Observatory, Santa Cruz, EUA), P.A. Oesch (Astronomy Department, Yale University, New Haven, EUA), C.L. Carilli (Observatório de Leiden, Leiden, Holanda; Astrophysics Group, Cavendish Laboratory, Cambridge, RU), F.E. Bauer (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Instituto de Astrofísica Millennium, Chile; Space Science Institute, Boulder, EUA), E. Da Cunha (Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University, Canberra, Austrália; Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Austrália), E. Daddi (Laboratoire AIM, CEA/DSM-CNRS-Université Paris Diderot, Orme des Merisiers, França), J. Gónzalez-López (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), R.J. Ivison (Observatório Europeu do Sul, Garching bei München, Alemanha; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, RU), D.A. Riechers (Cornell University, 220 Space Sciences Building, Ithaca, EUA), I. Smail (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, RU), A.M. Swinbank (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, RU), A. Weiss (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Alemanha), T. Anguita (Departamento de Ciencias Físicas, Universidad Andrés Bello, Santiago, Chile; Instituo de Astrofísica Millennium, Chile), R. Bacon (Université Lyon 1, Saint Genis Laval, França), E. Bell (Department of Astronomy, University of Michigan, EUA), F. Bertoldi (Instituto de Astronomia Argelander, Universidade de Bona, Bona, Alemanha), P. Cortes (Observatório ALMA  - ESO, Santiago, Chile; NRAO, Pete V. Domenici Array Science Center, EUA), P. Cox (Observatório ALMA - ESO, Santiago, Chile), J. Hodge (Observatório de Leiden, Leiden, Holanda), E. Ibar (Instituto de Física y Astronomía, Universidad de Valparaíso, Valparaiso, Chile), H. Inami (Université Lyon 1, Saint Genis Laval, França), L. Infante (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), A. Karim (Instituto de Astronomia Argelander, Universidade de Bona, Bona, Alemanha), B. Magnelli (Instituto de Astronomia Argelander, Universidade de Bona, Bona, Alemanha), K. Ota (Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Cambridge, RU; Cavendish Laboratory, University of Cambridge, RU), G. Popping (Observatório Europeu do Sul, Garching bei München, Alemanha), P. van der Werf (Observatório de Leiden, Leiden, Holanda), J. Wagg (SKA Organization, Cheshire, UK), Y. Fudamoto (Observatório Europeu do Sul, Garching bei München, Alemanha; Universität-Sternwarte München, München, Alemanha), D. Elbaz (Laboratoire AIM, CEA/DSM-CNRS-Universite Paris Diderot, França), S. Chapman (Dalhousie University, Halifax, Nova Scotia, Canadá), L.Colina (ASTRO-UAM, UAM, Unidad Asociada CSIC, Espanha), H.W. Rix (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Alemanha), Mark Sargent (Astronomy Centre, University of Sussex, Brighton, RU), Arjen van der Wel (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Alemanha).

K. Sheth (NASA Headquarters, Washington DC, EUA), Roberto Neri (IRAM, Saint-Martin d’Hères, França), O. Le Fèvre (Aix Marseille Université, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Marseille, França), M. Dickinson (Steward Observatory, University of Arizona, EUA), R. Assef (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), I. Labbé (Observatório de Leiden, Universidade de Leiden, Holanda), S. Wilkins (Astronomy Centre, University of Sussex, Brighton, RU), J.S. Dunlop (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Reino Unido), R.J. McLure (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Reino Unido), A.D. Biggs (ESO, Garching, Alemanha), J.E. Geach (University of Hertfordshire, Hatfield, United Kingdom), M.J. Michałowski (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Reino Unido), W. Rujopakarn (Universidade de Chulalongkorn, Bancoque, Tailândia), E. van Kampen (ESO, Garching, Alemanha), A. Kirkpatrick (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, EUA), A. Pope (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, EUA), D. Scott (University of British Columbia, Vancouver, British Columbia, Canadá), T.A. Targett (Sonoma State University, Rohnert Park, California, EUA), I. Aretxaga (Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electronica, México), J.E. Austermann (NIST Quantum Devices Group, Boulder, Colorado, EUA), P.N. Best (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Reino Unido), V.A. Bruce (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Reino Unido), E.L. Chapin (Herzberg Astronomy and Astrophysics, National Research Council Canada, Victoria, Canadá), S. Charlot (Sorbonne Universités, UPMC-CNRS, UMR7095, Institut d’Astrophysique de Paris, Paris, França), M. Cirasuolo (ESO, Garching, Alemanha), K.E.K. Coppin (University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Reino Unido), R.S. Ellis (ESO, Garching, Alemanha), S.L. Finkelstein (The University of Texas at Austin, Austin, Texas, EUA), C.C. Hayward (California Institute of Technology, Pasadena, California, EUA), D.H. Hughes (Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electronica, México), S. Khochfar (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Reino Unido), M.P. Koprowski (University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Reino Unido), D. Narayanan (Haverford College, Haverford, Pennsylvania, EUA), C. Papovich (Texas A & M University, College Station, Texas, EUA), J.A. Peacock (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Reino Unido), B. Robertson (University of California, Santa Cruz, Santa Cruz, California, EUA), T. Vernstrom (Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canadá), G.W. Wilson (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, EUA) e M. Yun (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, EUA).

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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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1633, 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.