Uma galáxia aparentemente velha num Universo jovem

Uma das galáxias mais distantes observada até hoje deu aos astrônomos a primeira detecção de poeira num sistema com formação estelar muito longínquo, o que aponta para uma rápida evolução das galáxias depois do Big Bang.

© Hubble (Abell 1689 e a localização da galáxia A1689-zD1)

Nas novas observações utilizou-se o ALMA para captar o fraco brilho da poeira fria na galáxia A1689-zD1 e o Very Large Telescope (VLT) do ESO para medir a distância a este objeto.

Uma equipe de astrônomos, liderada por Darach Watson, da Universidade de Copenhagen, utilizou o instrumento X-shooter montado no VLT, assim como o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar uma das galáxias mais jovens e mais longínquas já encontradas. A equipe surpreendeu-se ao descobrir um sistema muito mais evoluído do que o esperado, com uma fração de poeira muito semelhante à de uma galáxia madura, como a Via Láctea. Tal poeira é vital à vida, contribuindo para a formação de planetas, moléculas complexas e estrelas normais.
O alvo das observações da equipe chama-se A1689-zD1, uma galáxia observável apenas devido ao fato do seu brilho ser amplificado mais de nove vezes por uma lente gravitacional, provocada um aglomerdo de galáxias, Abell 1689, o qual se situa entre a jovem galáxia e a Terra. Sem este aumento gravitacional, o brilho desta galáxia muito tênue seria demasiado fraco para se poder detectar.
Vemos A1689-zD1 quando o Universo tinha apenas cerca de 700 milhões de anos, ou seja, 5% da sua idade atual, correspondendo a um desvio para o vermelho de 7,5. É um sistema relativamente modesto, muito menos massivo e luminoso do que muitos outros objetos que foram anteriormente estudados nesta fase do Universo primordial e portanto uma galáxia mais típica dessa época.
A A1689-zD1 está sendo observada tal como era no período da reionização, momento em que as primeiras estrelas trouxeram uma madrugada cósmica, iluminando pela primeira vez um Universo imenso e transparente e acabando com o extenso período de estagnação chamado Idade das Trevas. Esperava-se que a galáxia se parecesse com um sistema recém formado, mas afinal os observadores ficaram surpreendidos ao descobrir uma rica complexidade química e abundância de poeira interestelar.

© Hubble/ALMA/VLT (galáxia A1689-zD1 no visível e infravermelho)

“Depois de confirmada a distância à galáxia com o auxílio do VLT”, disse Darach Watson, “percebemos que este objeto já tinha sido observado anteriormente pelo ALMA. Não esperávamos encontrar grande coisa, mas posso dizer que ficamos todos muito entusiasmados quando percebemos que não só o ALMA já a tinha observado, como se tratava de uma detecção muito clara. Um dos objetivos principais do Observatório ALMA era encontrar galáxias no Universo primordial através das suas emissões de gás frio e poeira”.
Esta galáxia é um bebê cósmico, mas que provou ser precoce. Com esta idade era esparado que apresentasse uma falta de metais, ou seja, elementos químicos mais pesados que o hidrogênio ou o hélio. Estes elementos são produzidos no interior das estrelas e espalhados por toda a parte quando as estrelas explodem ou morrem de qualquer forma. Este processo tem que se repetir por muitas gerações estelares para produzir uma abundância significativa de elementos pesados, tais como o carbono, oxigênio ou nitrogênio.
Surpreendentemente, a galáxia A1689-zD1 parecia emitir imensa radiação no infravermelho longínquo, indicando assim que já tinha produzido muitas das suas estrelas e quantidades significativas de metais, revelando que não só continha poeira, mas também possuía uma razão poeira-gás semelhante à de galáxias muito mais maduras. Esta radiação é “esticada” devido à expansão do Universo, aparecendo na região dos comprimentos de onda milimétricos quando chega à Terra e podendo, por isso, ser detectada com o ALMA.
“Embora a origem exata da poeira galáctica permaneça obscura,” explica Darach Watson, “a nossa descoberta indica que a sua produção ocorre muito rapidamente, num período de apenas 500 milhões de anos desde o início da formação estelar no Universo, um intervalo de tempo muito curto em termos cosmológicos, já que a maioria das estrelas vivem durante bilhões de anos”.
Os resultados sugerem que a A1689-zD1 tem formado estrelas de modo consistente a uma taxa moderada desde um momento de cerca de 560 milhões de anos depois do Big Bang, ou alternativamente passou por um período extremo muito rápido de formação estelar explosiva antes de iniciar a fase de declínio da formação estelar.
Antes deste resultado, havia a preocupação de que tais galáxias longínquas poderiam não ser detectadas, no entanto a A1689-zD1 foi detectada usando apenas observações breves do ALMA.
Kirsten Knudsen (Universidade Chalmers de Tecnologia, Suécia), co-autor do artigo científico que descreve estes resultados, acrescenta “Esta extraordinária galáxia empoeirada parece ter tido muita pressa em formar as suas primeiras gerações de estrelas. No futuro, o ALMA será capaz de nos ajudar a encontrar mais galáxias como esta, de modo que possamos perceber o que é que as leva a querer crescer tão depressa.”

Este trabalho foi descrito no artigo científico intitulado “A dusty, normal galaxy in the epoch of reionization” de D. Watson et al., que foi publicado hoje na revista Nature.

Fonte: ESO