Galáxia no nevoeiro misteriosamente limpo do Universo primitivo

Utilizando a sensibilidade única ao infravermelho do telescópio espacial James Webb, foi possível examinar galáxias antigas para sondar os segredos do Universo primitivo.

©  (localização da galáxia JADES-GS-z13-1)

Agora, astrônomos identificaram emissões brilhantes de hidrogênio de uma galáxia num período inesperadamente precoce da história do Universo. A descoberta surpreendente propõe o desafio: como é que esta luz pode ter atravessado a espessa névoa de hidrogênio neutro que preenchia o espaço nesse momento?

A extraordinária sensibilidade do Webb à luz infravermelha abre também novas vias de investigação sobre quando e como estas galáxias se formaram, e os seus efeitos no Universo na aurora cósmica. O Webb descobriu a galáxia incrivelmente distante JADES-GS-z13-1, observada apenas 330 milhões de anos após o Big Bang, em imagens obtidas pelo instrumento NIRCam (Near-Infrared Camera) do Webb no âmbito do programa JADES.

Os pesquisadores utilizaram o brilho da galáxia em diferentes filtros infravermelhos para estimar o seu desvio para o vermelho, que mede a distância de uma galáxia à Terra com base na forma como a sua luz foi esticada durante a sua viagem através do espaço em expansão. As imagens do NIRCam produziram uma estimativa de um desvio para o vermelho de 13. Isto equivale a uma galáxia vista apenas 330 milhões de anos após o Big Bang, uma pequena fração da idade atual do Universo, que é de 13,8  bilhões de anos.

Mas também se destacou uma característica inesperada: um comprimento de onda de luz específico e nitidamente brilhante, identificado como a emissão Lyman-α irradiada por átomos de hidrogênio, uma emissão muito mais forte nesta fase inicial do desenvolvimento do Universo. O Universo primitivo estava banhado por uma espessa névoa de hidrogênio neutro. A maior parte desta névoa foi levantada num processo chamado reionização, que se completou cerca de um bilhão de anos após o Big Bang.

Antes e durante a época da reionização, o imenso nevoeiro de hidrogênio neutro que rodeava as galáxias bloqueava qualquer luz ultravioleta energética que estas emitissem, tal como o efeito de filtragem de um vidro colorido. Até que um número suficiente de estrelas se formou e foi capaz de ionizar o gás hidrogênio, nenhuma luz, incluindo a emissão de Lyman-α, poderia escapar destas novas galáxias e chegar à Terra. A confirmação da radiação Lyman-α desta galáxia tem, portanto, grandes implicações para a nossa compreensão do Universo primitivo.

A fonte da radiação Lyman-α desta galáxia ainda não é conhecida, mas pode incluir a primeira luz da primeira geração de estrelas se formando no Universo. A grande bolha de hidrogênio ionizado que rodeia esta galáxia pode ter sido criada por uma população peculiar de estrelas, muito mais massivas, mais quentes e mais luminosas do que as estrelas formadas em épocas posteriores, e possivelmente representativa da primeira geração de estrelas. Outra possibilidade seria um poderoso núcleo galáctico ativo, impulsionado por um dos primeiros buracos negros supermassivo.

A equipe planeja continuar as observações da GS-z13-1, com o objetivo de obter mais informações sobre a natureza desta galáxia e sobre a origem da sua forte radiação Lyman-α.

Um artigo foi publicado na revista Nature.

Fonte: University of Cambridge

Um alinhamento casual na constelação Lupus

A imagem obtida pelo telescópio espacial Hubble mostra a impressionante galáxia espiral NGC 5530.

© Hubble (NGC 5530)

A NGC 5530 está situada a 40 milhões de anos-luz de distância na constelação de Lupus (O Lobo). Esta galáxia é classificada como uma espiral "floculenta", o que significa que seus braços espirais são irregulares e indistintos.

Enquanto algumas galáxias têm centros extraordinariamente brilhantes onde hospedam um buraco negro supermassivo, a fonte brilhante perto do centro da NGC 5530 não é um buraco negro ativo, mas sim uma estrela dentro da nossa própria galáxia, a apenas 10 mil anos-luz da Terra. Este alinhamento casual dá a aparência de que a estrela está no coração denso da NGC 5530.

Se você tivesse apontado um telescópio caseiro para a NGC 5530 na noite de 13 de setembro de 2007, teria visto outro ponto brilhante de luz adornando a galáxia. Naquela noite, o astrônomo amador australiano Robert Evans descobriu uma supernova, chamada SN 2007IT, comparando a aparência da NGC 5530 através do telescópio a uma foto de referência da galáxia. Embora seja notável descobrir até mesmo uma supernova usando esse método meticuloso, Evans de fato descobriu mais de 40 supernovas dessa forma!

Essa descoberta em particular foi realmente fortuita: é provável que a luz da supernova tenha completado sua jornada de 40 milhões de anos até a Terra poucos dias antes da explosão ser descoberta.

Fonte: ESA

Descoberto oxigênio na galáxia mais distante conhecida

Duas equipes diferentes de astrônomos detectaram oxigênio na galáxia mais distante conhecida, a JADES-GS-z14-0.

© ESO (ilustração da galáxia JADES-GS-z14-0)

A descoberta, descrita em dois estudos separados, foi possível graças ao Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), do Observatório Europeu do Sul (ESO).

Esta detecção recorde faz com que os astrônomos tenham que repensar sobre quão rápido é que as galáxias se formaram no Universo primordial. Descoberta no ano passado, a JADES-GS-z14-0 é a galáxia mais distante confirmada alguma vez observada: está tão longe da Terra que a sua luz demorou 13,4 bilhões de anos a chegar até nós, o que significa que a vemos tal como era quando o Universo tinha menos de 300 milhões de anos, o que corresponde a cerca de 2% da sua idade atual.

A nova detecção de oxigênio efetuada com o auxílio do ALMA, uma rede de telescópios instalada no deserto chileno do Atacama, sugere que esta galáxia é quimicamente muito mais madura do que se esperava. Os resultados mostram que esta galáxia se formou muito rapidamente, estando também evoluindo muito depressa, o que a coloca num conjunto cada vez maior de provas de que a formação de galáxias no Universo primordial ocorreu muito mais depressa do que esperávamos.

As galáxias começam normalmente as suas vidas repletas de estrelas jovens, as quais são principalmente constituídas por elementos leves como o hidrogênio e o hélio. À medida que as estrelas evoluem, são formados no seu interior elementos mais pesados como o oxigênio, que acabam dispersos pela galáxia quando as estrelas morrem.

Os pesquisadores pensavam que, com 300 milhões de anos, o Universo era ainda demasiado jovem para ter galáxias repletas de elementos pesados. No entanto, os dois estudos realizados com o ALMA indicam que a galáxia JADES-GS-z14-0 tem cerca de 10 vezes mais elementos pesados do que o esperado.

A prova de que uma galáxia está já bastante madura num Universo ainda muito primordial levanta questões sobre quando e como é que as galáxias se formaram. A detecção de oxigênio também permitiu aos astrónomos fazer medições da distância à JADES-GS-z14-0 com muito mais precisão. Esta detecção do ALMA dá-nos uma medição extraordinariamente precisa da distância a que esta galáxia se encontra, com uma incerteza de apenas 0,005 %. Este nível de precisão, que corresponde a uma exatidão de 5 cm numa distância de 1 km, ajuda-nos a compreender melhor as propriedades das galáxias distantes.

Os astrônomos utilizam uma medida conhecida como desvio para o vermelho para determinar a distância a que se encontram objetos extremamente distantes. Medições anteriores indicavam que a galáxia JADES-GS-z-14-0 tinha um desvio para o vermelho entre 14,12 e 14,4. Agora, com estas detecções de oxigênio, ambas as equipes apontam para uma distância correspondente a um desvio para o vermelho de cerca de 14,18.

Este trabalho foi apresentado em dois artigos científicos que foram publicados no periódico The Astrophysical Journal.

Fonte: ESO

Vários buracos negros descobertos em galáxias anãs

Usando os primeiros dados do DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), uma equipe de cientistas compilou a maior amostra de sempre de galáxias anãs que abrigam um buraco negro que se alimenta ativamente, bem como a mais extensa coleção de candidatos a buraco negro de massa intermediária até agora.

© NAOJ (mosaico com candidatas a galáxia anã)

Este mosaico mostra uma série de imagens de candidatas a galáxia anã que hospedam um núcleo galáctico ativo, captadas com a Hyper Suprime-Cam do Telescópio Subaru.

Esta dupla proeza não só expande a compreensão sobre a população de buracos negros no Universo, como também prepara o terreno para novas explorações sobre a formação dos primeiros buracos negros do Universo e o seu papel na evolução das galáxias. 

O DESI é um instrumento de última geração que pode captar a luz de 5.000 galáxias simultaneamente. Ele está montado no telescópio Nicholas U. Mayall de 4 metros no Observatório Nacional de Kitt Peak, um programa do NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory). O programa está agora no seu quarto de cinco anos de observação do céu e deverá estudar cerca de 40 milhões de galáxias e quasares até ao final do projeto. O projeto DESI é uma colaboração internacional de mais de 900 investigadores de mais de 70 instituições de todo o mundo e é gerido pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA. 

Com os primeiros dados do DESI, que incluem a validação do levantamento e 20% do primeiro ano de operações, foram obtidos um conjunto de dados sem precedentes que inclui os espectros de 410.000 galáxias, incluindo cerca de 115.000 galáxias anãs, que são galáxias pequenas e difusas contendo milhares a vários bilhões de estrelas e muito pouco gás. 

Embora os astrofísicos estejam razoavelmente confiantes de que todas as galáxias massivas, como a Via Láctea, abrigam buracos negros nos seus centros, o quadro torna-se pouco claro à medida que nos aproximamos do extremo inferior do espectro de massa. Encontrar buracos negros é já um desafio, mas identificá-los em galáxias anãs é ainda mais difícil, devido às suas pequenas dimensões e à capacidade limitada dos nossos instrumentos atuais para resolver as regiões próximas destes objetos. Um buraco negro que se alimenta ativamente é, no entanto, mais fácil de detectar. Quando um buraco negro no centro de uma galáxia começa a alimentar-se, libera uma quantidade tremenda de energia para a sua vizinhança, transformando-se num núcleo galáctico ativo (NGA).

Nesta pesquisa foram identificados um número surpreendente de 2.500 candidatas a galáxia anã que abrigam um NGA, a maior amostra alguma vez descoberta. A fração significativamente mais elevada de galáxias anãs que abrigam um NGA (2%) em relação a estudos anteriores (cerca de 0,5%) é um resultado empolgante e sugere que existe ainda número substancial de buracos negros de baixa massa ainda não descobertos.

© NAOJ (mosaico com candidatos a buraco negro de massa intermediária)

Este mosaico mostra uma série de imagens de candidatos a buraco negro de massa intermediária, organizados por ordem crescente de massa estelar, captadas com a Hyper Suprime-Cam do Telescópio Subaru.

Numa pesquisa separada dos dados DESI, a equipa identificou 300 candidatos a buraco negro de massa intermediária, a coleção mais extensa até à data. A maioria dos buracos negros ou são leves (menos de 100 vezes a massa do nosso Sol) ou supermassivos (mais de um milhão de vezes a massa do nosso Sol). Os buracos negros que se situam entre estes dois extremos são pouco conhecidos, mas pensa-se que sejam as relíquias dos primeiros buracos negros formados no Universo primitivo e as sementes dos buracos negros supermassivos que se encontram atualmente no centro das grandes galáxias.

No entanto, continuam sendo elusivos, com apenas cerca de 100 a 150 candidatos a buraco negro de massa intermediária conhecidos até agora. Com a grande população descoberta pelo DESI, os cientistas dispõem agora de um novo e poderoso conjunto de dados para estudar estes enigmas cósmicos. 

Tipicamente, espera-se que os buracos negros encontrados em galáxias anãs estejam no regime de massa intermediária. Mas, curiosamente, apenas 70 dos candidatos a buraco negro de massa intermediária recentemente descobertos se sobrepõem a candidatos a NGA. Este fato acrescenta outra camada de entusiasmo às descobertas e levanta questões sobre a formação e evolução dos buracos negros nas galáxias. Por exemplo, será que existe alguma relação entre os mecanismos de formação dos buracos negros e os tipos de galáxias que eles habitam?

Um artigo será publicado no periódico The Astrophysical Journal. 

Fonte: National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory

Encontros não muito imediatos do tipo galáctico

Esta imagem mostra a NGC 3640, uma galáxia elíptica incomum situada a cerca de 88 milhões de anos-luz de distância da Terra.

© ESO / VST (NGC 3640 & NGC 3641)

A imagem, obtida com o VLT Survey Telescope (VST) instalado no Observatório do Paranal do ESO, revela um conjunto de galáxias de todas as formas e tamanhos, onde vemos, no meio de toda esta vizinhança cósmica colorida e para além da NGC 3640 que nos chama imediatamente a atenção, um objeto que se destaca em particular: uma galáxia menor que parece estar demasiado perto da NGC 3640 para o seu conforto. 

Ao longo da sua vida extremamente longa, as galáxias vão-se modificando. À medida que se deslocam no espaço, estes objetos celestes podem "roubar" gás e estrelas de outras galáxias, ou mesmo engoli-las e fundir-se com elas. No seguimento destes eventos, as galáxias ficam muitas vezes distorcidas, como é o caso da NGC 3640 e da luz difusa que a rodeia. 

Isto sugere um passado violento na galáxia e que os astrônomos podem usar para conhecer a sua história passada e presente. Para traçar a história desta galáxia e da sua companheira menor, uma equipe de astrônomos, do Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), utilizou o VST para analisar os seus aglomerados globulares: agregações esféricas e compactas de estrelas ligadas pela gravidade. 

Estes aglomerados contêm normalmente algumas das primeiras estrelas criadas numa galáxia e podem, por isso, atuar como marcadores fósseis, revelando a história da galáxia, mesmo depois de eventos de fusão. Os resultados confirmam que a NGC 3640 já engoliu outras galáxias anteriormente, um sinal ameaçador para a galáxia menor que está agora no seu caminho, a NGC 3641. 

No entanto, esta pequena galáxia mostra uma distinta ausência de distorções na sua forma ou nos aglomerados globulares que abriga, o que sugere que a interação entre ambas, embora rápida, não está ocorrendo suficientemente perto para que a NGC 3640 represente uma ameaça. A NGC 3641 parece estar a salvo... por enquanto.

Fonte: ESO

A galáxia Olho de Boi

A galáxia gigante Olho de Boi, catalogada como LEDA 1313424, tem cerca de duas vezes e meia o tamanho da nossa Via Láctea.

© Hubble (Galáxia Olho de Boi)

Sua aparência notável nesta imagem do telescópio espacial Hubble recentemente divulgada sugere fortemente seu apelido de "Galáxia Olho de Boi". 

Conhecida como uma galáxia de anel de colisão, ela tem nove anéis confirmados por observações telescópicas, ondulando de seu centro como ondas de uma pedra jogada em um lago. 

Observações telescópicas identificam a galáxia anã azul no centro e a esquerda como o provável colisor, passando pelo centro da galáxia gigante e formando anéis concêntricos na esteira de sua interação gravitacional. 

A Galáxia Olho de Boi fica a cerca de 567 milhões de anos-luz de distância, em direção à constelação de Peixes. A esta distância, esta impressionante imagem abrangeria cerca de 530.000 anos-luz.

Fonte: NASA

A descoberta de três minúsculas galáxias

Ao combinar dados dos levantamentos do legado DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) e do telescópio Gemini South, os astrônomos descobriram três galáxias anãs ultrafracas que residem numa região do espaço isolada da influência ambiental de objetos maiores.

© NOIRLab (três galáxias anãs ultrafracas na constelação do Escultor)

As galáxias, localizadas na direção da galáxia espiral NGC 300 e da constelação do Escultor, contêm apenas estrelas muito antigas, apoiando a teoria de que eventos no início do Universo interromperam a formação estelar nas galáxias menores.

As galáxias anãs ultrafracas são o tipo de galáxia mais tênue do Universo. Contendo tipicamente apenas algumas centenas a milhares de estrelas; em comparação com as centenas de bilhões que constituem a Via Láctea, estas pequenas estruturas difusas escondem-se normalmente de forma discreta entre as muitas residentes mais brilhantes do céu. Por esta razão, são encontradas nas proximidades da Via Láctea. Mas isto representa um problema para a sua compreensão; as forças gravitacionais da Via Láctea e a coroa quente podem remover o gás das galáxias anãs e interferir com a sua evolução natural. Além disso, mais além da Via Láctea, as galáxias anãs ultrafracas tornam-se demasiado difusas para serem detectadas.

As galáxias Escultor estão entre as primeiras galáxias anãs ultrafracas encontradas num ambiente pristino e isolado, livre da influência da Via Láctea ou de outras grandes estruturas. O gás é a matéria-prima crucial necessária para o nascimento de uma nova estrela. Mas as galáxias anãs ultrafracas têm muito pouca gravidade para manter este ingrediente tão importante, que se perde facilmente quando são fustigadas pelo Universo dinâmico de que fazem parte. Mas as galáxias Escultor estão longe de quaisquer galáxias maiores, o que significa que o seu gás não pode ter sido removido por vizinhas gigantes.

Uma explicação alternativa é a Época da Reionização, um período não muito posterior ao Big Bang em que fótons ultravioleta altamente energéticos encheram o cosmos, potencialmente fazendo ferver o gás nas galáxias menores. Outra possibilidade é que algumas das primeiras estrelas das galáxias anãs tenham sofrido energéticas explosões de supernova, expelindo material até 35 milhões de quilômetros por hora e empurrando o gás para fora das suas próprias hospedeiras a partir do interior.

Para ampliar a procura de mais galáxias anãs ultrafracas, os astrônomos estão usando as galáxias Escultor para treinar um sistema de inteligência artificial através de redes neurais. A esperança é que esta ferramenta seja capaz de automatizar e acelerar as descobertas, fornecendo um conjunto de dados muito mais vasto propiciando conclusões mais sólidas.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Gemini Observatory