Galáxia mais distante na alvorada cósmica

A descoberta da galáxia mais distante durante a "alvorada cósmica", quando a luz de antigos objetos e estruturas celestes apareceram a partir da escuridão, contribui para compreender a natureza do Universo primitivo.

© NAOJ (a galáxia SXDF-NB1006-2)

Uma equipe de astrônomos liderada por Takatoshi Shibuya (Pós-Graduação da Universidade de Estudos Avançados, Japão), Dr. Nobunary Kashikawa (Observatório Astronômico Nacional do Japão), Dr. Kazuaki Ota (Universidade de Kyoto) e Dr. Masanori Iye (Observatório Astronômico Nacional do Japão), usou os telescópios Subaru e Keck para descobrir a galáxia mais distante até à data, SXDF-NB1006-2, a uma distância de 12,91 bilhões de anos-luz da Terra. Esta galáxia está ligeiramente mais longe que a GN-108036, que o Subaru descobriu o ano passado e que detinha o recorde de galáxia mais longínqua descoberta. As dez galáxias mais distantes são mostradas na tabela abaixo.

Posição	Galáxia	Redshift
1	SXDF-NB1006-2	7,215
2	GN-108036	7,213
3	BDF-3299	7,109
4	A1703_zD6	7,045
5	BDF-521	7,008
6	G2-1408	6,972
7	IOK-1	6,964
8	HUDF09_1596	6,905
9	SDF46975	6,844
10	NTTDF-6345	6,701

© Cosmonovas (Redshift das galáxias mais distantes)

Em adição, a equipe de pesquisa verificou que a proporção de hidrogênio gasoso neutro no Universo com a idade de 750 milhões de anos, era maior do que a de hoje em dia.

O nosso Universo surgiu há 13,7 bilhões de anos com o Big Bang. As extremas temperaturas e densidades desta expansão decresceram rapidamente à medida que o seu volume aumentava. Plasma cósmico quente, composto principalmente por prótons e elétrons, recombinaram-se para formar átomos de hidrogênio neutro 380.000 anos após o Big Bang; este foi o início da "idade das trevas" cósmicas. A partir daí, o gás continuou a arrefecer e a flutuar em densidade. Cerca de 200 a 500 milhões de anos após o Big Bang, as partes densas das nuvens de hidrogênio neutro contraíram-se sobre a sua própria gravidade, e formaram as primeiras estrelas e galáxias. A radiação desta primeira geração de estrelas começou a aquecer e a reionizar o hidrogênio no espaço à volta, eventualmente levando à reionização de todo o Universo. Esta foi a era da "reionização cósmica" ou "alvorada cósmica". A equipe científica focou o seu estudo na identificação da época exacta da alvorada cósmica num esforço de responder a grandes questões astronômicas acerca da história do Universo.

Os primeiros passos dos pesquisadores foram o estudo de galáxias distantes e a medição dos seus números e brilhos. Dado que a luz do Universo distante demora um tempo para chegar até à Terra, a identificação de galáxias mais distantes permite aos astrônomos traçarem o passado e localizarem a época da alvorada cósmica. No entanto, o hidrogênio neutro no espaço intergaláctico reduziu a luz das galáxias antes da alvorada cósmica e tornou-as mais difíceis de observar. Como a equipe necessitava de pesquisar uma vasta área em busca de objetos do Universo muito distante, usaram o foco principal do telescópio Subaru (Suprime-Cam) para as suas observações iniciais. A Suprime-Cam captura imagens de objetos num campo de visão amplo com o espelho principal de 8,2 metros do telescópio, famoso por descobrir galáxias tênues e muito distantes, medindo posteriormente a quantidade de hidrogênio neutro no Universo jovem. A utilização da Suprime-Cam ficou ainda mais apelativa com a instalação, em 2008, de novos detectores com uma sensibilidade aproximadamente duas vezes maior que a dos seus antecessores, particularmente em desvios para o vermelho.

Armados com os olhos mais sensíveis do mundo, os cientistas concluiram os estudos de galáxias extremamente distantes, com desvio para o vermelho acima de 7. Para refinar ainda mais o estudo, uma equipe liderada pelo Dr. Iye construiu um novo filtro especial com o nome de NB1006 através do qual podiam seletivamente identificar a luz de galáxias distantes a um desvio para o vermelho de quase 7,3.

A equipe usou a Suprime-Cam, juntamente com os seus novos detectores altamente sensíveis, acoplados com o filtro NB1006 para observar em detalhe duas regiões específicas do céu: o Campo Profundo do Subaru e o Campo Profundo do Subaru/XMM-Newton. Após um total de 37 horas em 7 noites de observações, foram processadas cuidadosamente as imagens obtidas. Shibuya mediu a cor de 58.733 objetos nas imagens e identificou quatro galáxias com um desvio para o vermelho de 7,3. Uma investigação cuidadosa da variação do brilho destes objetos fez com que a equipe refinasse a lista de candidatos para duas galáxias.

Seguidamente, foram feitas observações espectrográficas para confirmar a natureza destes candidatos. Observaram as duas galáxias com dois espectrógrafos, o FOCAS (Faint Object Camera and Spectrograph) do telescópio Subaru e o DEIMOS (Deep Imaging Multi-Object Spectrograph) do telescópio Keck, e identificaram o candidato para o qual a linha característica da emissão de galáxias distantes podia ser detectada.

Foi descoberto que a proporção de hidrogênio neutro aumentava no Universo longínquo. Concluiu-se que cerca de 80% do hidrogênio gasoso do Universo distante, há 12,91 bilhões de anos e com um desvio para o vermelho de 7,2, era neutro.

Em resumo, estes cuidadosos planos e procedimentos, incluindo a eliminação apropriada de contaminações que poderiam propiciar resultados falsos, resultaram na descoberta bem sucedida e confirmação da galáxia mais distante já observada: SXDF-NB1006-2.

Embora a descoberta de uma galáxia nesta época crítica é só por si excitante, não é uma amostra suficiente para a sua caracterização. A medição precisa do número de galáxias durante a alvorada cósmica requer estudos ainda mais sensíveis. A instalação, planejada para 2012, do novo instrumento do Subaru, o Hyper Suprime-Cam (HSC) permitirá observar um campo de visão sete vezes maior do que o que a Suprime-Cam permite e abrirá a porta a uma grande amostra de galáxias para além do desvio para o vermelho de 7. As observações com o HSC são passos futuros na descoberta dos períodos negros do Universo e na compreensão das propriedades físicas e formação das primeiras estrelas e galáxias.

Estes resultados serão publicados na revista Astrophysical Journal.

Fonte: National Astronomical Observatory of Japan