Crédito de imagem: ESO
Uma equipe internacional de astrônomos usou o Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul para olhar profundamente no espaço e ver galáxias localizadas a 12,6 bilhões de anos-luz de distância - essas galáxias estão sendo vistas quando o Universo tinha apenas 10% de sua idade atual. Poucas galáxias desta idade foram encontradas, e essa nova coleção ajudou os astrônomos a concluir que fazem parte de uma Idade das Trevas cósmica, quando galáxias luminosas eram mais raras - havia muito mais apenas 500 milhões de anos depois.
Usando o Very Large Telescope (VLT) do ESO, dois astrônomos da Alemanha e do Reino Unido [2] descobriram algumas das galáxias mais distantes já vistas. Eles estão localizados a cerca de 12.600 milhões de anos-luz de distância.
A luz agora registrada pelo VLT levou cerca de nove décimos da idade do Universo para percorrer essa enorme distância. Portanto, observamos essas galáxias como eram no tempo em que o Universo era muito jovem, menos de cerca de 10% de sua idade atual. Nesse momento, o Universo emergia de um longo período conhecido como "Idade das Trevas", entrando na época luminosa da "Renascença Cósmica".
Ao contrário de estudos anteriores que resultaram na descoberta de algumas galáxias amplamente dispersas nessa época, o presente estudo encontrou pelo menos seis cidadãos remotos em uma pequena área do céu, menos de 5% do tamanho da lua cheia! Isso permitiu entender a evolução dessas galáxias e como elas afetam o estado do Universo em sua juventude.
Em particular, os astrônomos concluem com base em seus dados únicos que havia consideravelmente menos galáxias luminosas no Universo nessa fase inicial do que 500 milhões de anos depois.
Portanto, deve haver muitas galáxias menos luminosas na região do espaço que eles estudaram, muito fracas para serem detectadas neste estudo. Devem ser as galáxias ainda não identificadas que emitem a maioria dos fótons energéticos necessários para ionizar o hidrogênio no Universo naquela época particularmente.
Do Big Bang ao Renascimento Cósmico
Atualmente, o Universo é permeado por radiação ultravioleta energética, produzida por quasares e estrelas quentes. Os fótons de comprimento de onda curto liberam elétrons dos átomos de hidrogênio que compõem o meio intergalático difuso e o último é, portanto, quase completamente ionizado. Houve, no entanto, uma época inicial na história do Universo, quando não era assim.
O Universo emanava de um estado inicial quente e extremamente denso, o chamado Big Bang. Os astrônomos agora acreditam que isso ocorreu cerca de 13.700 milhões de anos atrás.
Durante os primeiros minutos, enormes quantidades de prótons, nêutrons e elétrons foram produzidos. O Universo estava tão quente que prótons e elétrons flutuavam livremente: o Universo estava totalmente ionizado.
Após cerca de 100.000 anos, o Universo havia esfriado a alguns milhares de graus e os núcleos e elétrons agora se combinavam para formar átomos. Os cosmologistas se referem a esse momento como a "época da recombinação". A radiação de fundo de microondas que agora observamos de todas as direções descreve o estado de grande uniformidade no Universo naquela época distante.
No entanto, esse também foi o momento em que o Universo mergulhou na escuridão. Por um lado, a radiação da relíquia da bola de fogo primordial havia sido esticada pela expansão cósmica em direção a comprimentos de onda mais longos e, portanto, não era mais capaz de ionizar o hidrogênio. Pelo contrário, foi capturado pelos átomos de hidrogênio recém-formados. Por outro lado, ainda não haviam sido formadas estrelas nem quasares que pudessem iluminar o vasto espaço. Esta era sombria é, portanto, razoavelmente apelidada de "Idade das Trevas". As observações ainda não foram capazes de penetrar nessa era remota - nosso conhecimento ainda é rudimentar e tudo é baseado em cálculos teóricos.
Algumas centenas de milhões de anos depois, ou pelo menos os astrônomos acreditam, alguns primeiros objetos maciços se formaram a partir das enormes nuvens de gás que se moviam juntas. A primeira geração de estrelas e, um pouco mais tarde, as primeiras galáxias e quasares, produziram intensa radiação ultravioleta. Contudo, essa radiação não poderia viajar muito longe, pois seria imediatamente absorvida pelos átomos de hidrogênio que foram novamente ionizados nesse processo.
Assim, o gás intergalático tornou-se ionizado novamente em esferas em constante crescimento ao redor das fontes ionizantes. Em algum momento, essas esferas se tornaram tão grandes que se sobrepuseram completamente: a névoa sobre o Universo havia se dissipado!
Este foi o fim da Idade das Trevas e, com um termo retomado da história humana, às vezes é chamado de "Renascimento Cósmico". Descrevendo a característica mais significativa desse período, os astrônomos também a chamam de "época da reionização".
Encontrando as galáxias mais distantes com o VLT
Para lançar alguma luz sobre o estado do Universo no final da Idade das Trevas, é necessário descobrir e estudar galáxias extremamente distantes (ou seja, alto desvio para o vermelho [2]). Vários métodos de observação podem ser usados - por exemplo, galáxias distantes foram encontradas por meio de imagens em banda estreita (por exemplo, ESO PR 12/03), pelo uso de imagens que foram gravitacionalmente aprimoradas por aglomerados maciços, e também por acaso.
Matthew Lehnert, do MPE em Garching, Alemanha, e Malcolm Bremer, da Universidade de Bristol, Reino Unido, usaram uma técnica especial que tira proveito da mudança das cores observadas de uma galáxia distante causada pela absorção no meio intergaláctico intermediário. As galáxias em desvios de vermelho de 4,8 a 5,8 [2] podem ser encontradas procurando galáxias que parecem comparativamente brilhantes na luz óptica vermelha e que são fracas ou não são detectadas na luz verde. Tais "interrupções" na distribuição de luz de galáxias individuais fornecem fortes evidências de que a galáxia pode estar localizada em alto desvio para o vermelho e que sua luz começou em sua longa jornada em nossa direção, apenas cerca de 1000 milhões de anos após o Big Bang.
Para isso, eles primeiro usaram o instrumento multimodal FORS2 no telescópio VLT YEPUN de 8,2 m para tirar fotos extremamente "profundas" através de três filtros ópticos (verde, vermelho e muito vermelho) de uma pequena área do céu (40 metros quadrados ou aproximadamente 5% do tamanho da lua cheia). Essas imagens revelaram cerca de 20 galáxias com grandes intervalos entre os filtros verde e vermelho, sugerindo que elas estavam localizadas em alto desvio para o vermelho. Os espectros dessas galáxias foram então obtidos com o mesmo instrumento, a fim de medir seus verdadeiros desvios para o vermelho.
"A chave para o sucesso dessas observações foi o uso do novo e excelente detector vermelho aprimorado disponível no FORS2", diz Malcolm Bremer.
Os espectros indicaram que seis galáxias estão localizadas a distâncias correspondentes a desvios para o vermelho entre 4,8 e 5,8; outras galáxias estavam mais próximas. Surpreendentemente, e para o deleite dos astrônomos, uma linha de emissão foi vista em outra galáxia fraca que foi observada por acaso (estava localizada em uma das fendas do FORS2) que pode estar localizada ainda mais longe, em um desvio para o vermelho. 6.6 Se isso fosse confirmado por observações mais detalhadas subsequentes, essa galáxia seria uma candidata à medalha de ouro como a mais distante conhecida!
As primeiras galáxias conhecidas
Os espectros revelaram que essas galáxias estão formando estrelas ativamente e provavelmente não têm mais de 100 milhões de anos, talvez até mais jovens. No entanto, seus números e brilho observado sugerem que as galáxias luminosas nesses desvios para o vermelho são menos e menos luminosas do que as galáxias similarmente selecionadas mais próximas de nós.
"Nossas descobertas mostram que a luz ultravioleta combinada das galáxias descobertas é insuficiente para ionizar completamente o gás circundante", explica Malcom Bremer. “Isso nos leva à conclusão de que deve haver muitas galáxias menores e menos luminosas na região do espaço que estudamos, muito fracas para serem detectadas dessa maneira. Devem ser essas galáxias ainda invisíveis que emitem a maioria dos fótons energéticos necessários para ionizar o hidrogênio no Universo. ”
“O próximo passo será usar o VLT para encontrar galáxias mais fracas e com redshift ainda mais alto”, acrescenta Matthew Lehnert. "Com uma amostra maior desses objetos distantes, podemos obter informações sobre sua natureza e a variação de sua densidade no céu."
Estreia britânica
As observações apresentadas aqui estão entre as primeiras grandes descobertas de cientistas britânicos desde que o Reino Unido se tornou membro do ESO em julho de 2002. Richard Wade, do Conselho de Pesquisa em Física e Astronomia de Partículas (PPARC), que financia a assinatura do ESO no Reino Unido, está muito satisfeito : “Ao ingressar no Observatório Europeu do Sul, os astrônomos do Reino Unido tiveram acesso a instalações líderes mundiais, como o VLT. Esses novos e empolgantes resultados, dos quais tenho certeza de que haverá muito mais por vir, ilustram como os astrônomos do Reino Unido estão contribuindo com descobertas de ponta. ”
Mais Informações
Os resultados descritos neste comunicado de imprensa estão prestes a aparecer no jornal de pesquisa Astrophysical Journal ("Luminous Lyman Break Galaxies em z> 5 e a Source of Reionization" de M. D. Lehnert e M. Bremer). Está disponível eletronicamente como astro-ph / 0212431.
Notas
[1]: Este é um comunicado de imprensa coordenado do ESO / PPARC. A versão do PPARC do release pode ser encontrada aqui.
[2]: Este trabalho foi realizado por Malcolm Bremer (Universidade de Bristol, Reino Unido) e Matthew Lehnert (Instituto Max-Planck para a Extraterrestrische Physik, Garching, Alemanha).
[3]: Os desvios de vermelho medidos das galáxias no campo profundo de Bremer são z = 4.8-5.8, com um desvio de vermelho inesperado (e surpreendente) de 6,6. Na astronomia, o desvio para o vermelho indica a fração pela qual as linhas no espectro de um objeto são deslocadas para comprimentos de onda mais longos. O desvio para o vermelho observado de uma galáxia remota fornece uma estimativa de sua distância. As distâncias indicadas no presente texto são baseadas em uma idade do Universo de 13,7 bilhões de anos. No desvio para o vermelho indicado, a linha Lyman-alfa de hidrogênio atômico (comprimento de onda de repouso 121,6 nm) é observada de 680 a 920 nm, isto é, na região espectral vermelha.
Fonte original: Comunicado de imprensa do ESO
