Os astrônomos descobriram um enorme reservatório de gás molecular frio, combustível direto para a formação estelar, em REBELS-25, uma galáxia massiva que forma estrelas.
© ALMA (REBELS-25)
A equipe, liderada pela Universidade de Leiden, centrou-se em REBELS-25, observada quando o Universo tinha apenas cerca de 700 milhões de anos, aproximadamente 5% da sua idade atual.
Foi utilizado o "desvio para o vermelho" para descrever esta distância, que mede o quanto a expansão do Universo esticou a luz de uma galáxia para comprimentos de onda mais vermelhos. Quanto maior for o desvio para o vermelho, mais longe no tempo estamos olhando. REBELS-25 situa-se no desvio para o vermelho z=7,3, no meio da Época da Reionização, uma era crucial em que as primeiras estrelas e galáxias transformaram o Universo escuro e neutro no Universo que vemos hoje à nossa volta.
As galáxias crescem transformando gás em estrelas, sendo o gás molecular frio o principal combustível. Até agora, os astrônomos suspeitavam que as galáxias brilhantes, massivas e primitivas possuíam enormes reservatórios de gás, mas ninguém os tinha detectado diretamente a estas distâncias.
Os cientistas utilizaram o VLA (Very Large Array), um radiotelescópio no Novo México (EUA), bem como dados do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) nos Andes chilenos. O VLA procurou emissões de rádio fracas de moléculas de monóxido de carbono (CO), que emitem em frequências específicas que permitem rastrear o gás molecular cósmico. As observações do VLA revelaram uma emissão proveniente de uma linha específica de CO que indica a presença de gás frio, constituindo a detecção de CO de baixa energia mais distante no Universo até à data.
O brilho do sinal sugere que REBELS-25 já dispunha de uma enorme quantidade de material para a formação estelar quando o Universo era ainda muito jovem. Os dados de CO de alta energia do ALMA, combinados com os resultados do VLA, permitiram então determinar a densidade e a temperatura do gás nas condições do Universo primitivo.
Detectar linhas de CO fracas e de baixa energia tão recuadas na história cósmica é um desafio. A radiação cósmica de fundo em micro-ondas, a radiação remanescente de pouco depois do Big Bang, atua como um fundo contra o qual esta emissão deve ser detectada. Embora este efeito esteja presente em todas as épocas cósmicas, torna-se significativamente mais brilhante em desvios para o vermelho elevados, reduzindo o contraste da emissão de gás frio e tornando essas observações cada vez mais difíceis.
Como o impacto da radiação cósmica de fundo em micro-ondas depende das condições físicas dentro de uma galáxia, os astrônomos não tinham a certeza de quão detectável seria o gás molecular frio nos sistemas mais primitivos.
Estes resultados fornecem uma visão fundamental de como as primeiras galáxias se tornaram tão massivas tão rapidamente após o Big Bang. Ao detectar o próprio combustível da formação estelar, os astrônomos podem agora medir o gás que impulsiona este rápido crescimento, em vez de o inferir indiretamente. A grande massa de gás de REBELS-25 mostra que algumas galáxias primitivas já estavam preparadas para uma intensa formação estelar, o que constitui um passo fundamental para compreender o acumular de massa nos primeiros bilhões de anos do Universo.
Este sucesso antecipa o ngVLA (Next-Generation Very Large Array), um telescópio planejado pelo NRAO (National Radio Astronomy Observatory) que inclui antenas espalhadas pelo Novo México, oeste do Texas, leste do Arizona, norte do México e por toda a América do Norte. O ngVLA tornará estas medições cerca de 10 vezes mais rápidas, permitindo a detecção de amostras muito maiores de galáxias primitivas, indo além de estudos de caso individuais de galáxias brilhantes.
O ngVLA permitirá encontrar e estudar gás frio em muitas mais galáxias jovens, incluindo aquelas de épocas ainda mais remotas. Isto será crucial para compreender como as primeiras galáxias se formaram e cresceram.
Um artigo foi publicado no periódico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Fonte: National Radio Astronomy Observatory