terça-feira, 21 de janeiro de 2014

Os filamentos da teia cósmica são revelados por quasar

Astrônomos descobriram um quasar distante iluminando uma grande nebulosa de gás difuso, revelando, pela primeira vez, parte da rede de filamentos que pode conectar galáxias em uma teia cósmica.

quasar UM287

© UCSC/S. Cantalupo (quasar UM287)

As galáxias como a Via Láctea são formadas nos nós dessa rede, onde o gás frio e denso, o combustível para a formação das estrelas, afunila ao longo das intersecções dos filamentos. Mas testes diretos desse modelo anteriormente não tiveram sucesso, mesmo porque nos nós mais densos, o gás da teia cósmica é tão rarefeito que ele emite pouca luz, fazendo com que seja impossível imageá-lo mesmo com os maiores telescópios da Terra.

Agora, usando o telescópio Keck I de 10 metros do Observatório W. M. Keck, no Havaí, os pesquisadores detectaram uma grande nebulosa luminosa de gás que se estende cerca de 2 milhões de anos-luz através do espaço intergaláctico.

"Este é um objeto muito excepcional: é enorme, pelo menos duas vezes maior que qualquer nebulosa detectada antes, e se estende bem além do ambiente galáctico do quasar", disse o primeiro autor Sebastiano Cantalupo, um pós-doutorado na Universidade da Califórnia em Santa Cruz.

A imagem profunda acima mostra a nebulosa (em ciano) que foi descoberta em torno do quasar brilhante UM287 (no centro da nebulosa). A radiação energética do quasar faz com que gás intergaláctico circundante brilhe, revelando a morfologia e propriedades físicas de um filamento de teia cósmica. As simulações de computador sugerem que a matéria do Universo é distribuída em uma teia cósmica de filamentos, a partir de uma simulação em grande escala da matéria escura (a simulação Bolshoi, de Anatoly Klypin e Joel Primack). A imagem é de alta resolução com aumento de uma pequena parte da teia cósmica, com 10 milhões de anos-luz de diâmetro, de uma simulação que inclui gás e também matéria escura.

A intensa radiação de um quasar pode iluminar parte da teia cósmica circundante (em destaque na imagem abaixo) e fazer um filamento de gás brilhar, como foi observado no caso do quasar UM287.

teia cósmica

© A. Klypin e J. Primack (teia cósmica)

O modelo cosmológico padrão de formação de estruturas no Universo prevê que galáxias são incorporadas em uma teia cósmica de matéria, a maioria das quais, cerca de 84%, é a matéria escura invisível.

Esta rede é vista nos resultados de simulações de computador da evolução da estrutura do Universo, que mostram a distribuição da matéria escura em grandes escalas, incluindo os halos de matéria escura em que as galáxias se formam e a teia cósmica de filamentos que os conectam. A gravidade faz com que a matéria comum siga a distribuição da matéria escura, assim filamentos difusos e gás ionizado são esperados para esboçar um padrão semelhante ao observado em simulações de matéria escura.
Até agora, no entanto, esses filamentos nunca foram vistos. O gás intergaláctico foi detectado pela sua absorção de luz a partir de fontes luminosas ao fundo, mas os resultados não revelaram a forma como o gás é distribuído. Neste estudo, os pesquisadores detectaram o brilho fluorescente de gás hidrogênio resultante da sua iluminação por intensa radiação do quasar.

"Este quasar fornece uma visão fantástica para a estrutura global do nosso Universo", disse o co-autor J. Xavier Prochaska, professor de astronomia e astrofísica da Universidade da Califórnia em Santa Cruz.

O gás hidrogênio iluminado pelo quasar emite luz ultravioleta conhecida como radiação Lyman alfa. A distância do quasar é tão grande, cerca de 10 bilhões de anos-luz, que a luz emitida é "esticada" pela expansão do Universo a partir de um comprimento de onda ultravioleta invisível para um tom de violeta visível no momento em que chega ao telescópio Keck.

Sabendo a distância do quasar, os pesquisadores calcularam o comprimento de onda da radiação Lyman alfa daquela distância, com base na mudança de frequência doppler, e construiram um filtro especial para o espectrômetro Lris do telescópio para obter uma imagem deste comprimento de onda.

Um quasar é um tipo de núcleo galáctico ativo que emite intensa radiação alimentada por um buraco negro supermassivo no centro da galáxia. Em uma pesquisa anterior de quasares distantes usando a mesma técnica para procurar gás brilhante, Cantalupo e outros detectaram "galáxias escuras", os nós mais densos de gás na rede cósmica. Estas galáxias escuras são provavelmente muito pequenas ou muito jovens para ter estrelas formadas.

"As galáxias escuras são peças muito mais densas e menores da teia cósmica. Nesta nova imagem, vemos também galáxias escuras, além da nebulosa muito mais difusa e prolongada. Parte desse gás vai ser absorvidos pelas galáxias, mas a maior parte dele permanecerá difuso e nunca formarão estrelas", disse Cantalupo.

Os pesquisadores estimaram a quantidade de gás na nebulosa de ser pelo menos dez vezes mais do que o esperado a partir dos resultados de simulações de computador. "Achamos que pode haver mais gás contido em pequenos grupos densos dentro da teia cósmica do que é visto em nossos modelos. Estas observações estão desafiando nossa compreensão de gás intergaláctico e nos dando um novo laboratório para testar e refinar nossos modelos", disse Cantalupo.

Além de Cantalupo e Prochaska, os co-autores da pesquisa incluem Piero Madau, professor de astronomia e astrofísica da Universidade da Califórnia Santa Cruz, e Fabrizio Arrigoni-Battaia e Joseph Hennawi do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, na Alemanha.

Fonte: Nature

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