Uma Observação de longa exposição do ALMA produziu uma imagem muito detalhada de uma galáxia distante afetada por lente gravitacional. A imagem mostra uma vista ampliada das regiões de formação estelar na galáxia, com um nível de detalhe nunca antes alcançado numa galáxia tão remota. As novas observações são muito mais detalhadas do que as obtidas pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e revelam regiões de formação estelar na galáxia equivalentes a versões gigantes da Nebulosa de Orion.
Com o nome de Campanha de Linha de Base Longa do ALMA produziu algumas observações extraordinárias e coletou informação com um detalhe sem precedentes dos habitantes do Universo próximo e longínquo. Foram feitas observações no final de 2014 no âmbito de uma campanha que pretendeu estudar uma galáxia distante chamada HATLAS J090311.6+003906, também conhecida pelo nome mais simples de SDP.81. A radiação emitida por esta galáxia é “vítima” de um efeito cósmico chamado lente gravitacional. Uma galáxia enorme que se situa entre SDP.81 e o ALMA atua como lente gravitacional, distorcendo a radiação emitida pela galáxia mais distante e criando um exemplo quase perfeito do fenômeno conhecido por Anel de Einstein.
Pelo menos sete grupos de cientistas analisaram de forma independente os dados do ALMA sobre SDP.81. Esta profusão de artigos científicos deu-nos informação sem precedentes sobre esta galáxia, revelando detalhes sobre a sua estrutura, conteúdo, movimento e outras características físicas.
O ALMA funciona como um interferômetro, isto é, a rede múltipla de antenas trabalha em sintonia perfeita coletando radiação como se de um único e enorme telescópio virtual se tratasse. Como resultado, estas novas imagens de SDP.81 possuem uma resolução até 6 vezes melhor que as imagens obtidas no infravermelho com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA.
Os sofisticados modelos dos astrônomos revelam estruturas pormenorizadas, nunca antes vistas no corpo da galáxia SDP.81, sob a forma de nuvens de poeira que acredita-se serem repositórios de gás molecular frio — os locais de nascimento de estrelas e planetas.
Estes modelos foram corrigidos da distorção produzida pelo efeito de lente gravitacional.
Como resultado, as observações ALMA são tão nítidas que os investigadores podem ver acúmulos de formação estelar na galáxia, com um tamanho de até 100 anos-luz, o que equivale a observar versões gigantes da Nebulosa de Orion a produzir milhares de vezes mais estrelas jovens no lado distante do Universo. Esta é a primeira vez que tal fenômeno é observado a distâncias tão grandes.
“A imagem reconstruída da galáxia obtida com o ALMA é espetacular”, diz Rob Ivison, co-autor de dois artigos científicos que descrevem os resultados e Diretor de Ciência do ESO. “A enorme área coletora do ALMA, a grande separação entre as suas antenas e a atmosfera muito estável que existe por cima do deserto do Atacama, levaram a que conseguíssemos obter um detalhe sem precedentes tanto nas imagens como nos espectros, o que significa que temos observações muito sensíveis, assim como informação sobre como é que as diferentes partes da galáxias se movimentam. Podemos estudar galáxias no outro extremo do Universo à medida que se fundem e formam enormes quantidades de estrelas. Isto é o tipo de coisa que me faz levantar cedo da cama!”.
Utilizando a informação espectral coletada pelo ALMA, os astrônomos mediram também como é que a galáxia distante gira e estimaram a sua massa. Os dados mostraram que o gás contido nesta galáxia é instável; acumulações de gás estão colapsando sobre si mesmo, indo muito provavelmente no futuro dar origem a regiões gigantes de formação estelar.
Curiosamente, a modelização do efeito de lente gravitacional indica também a existência de um buraco negro supermassivo no centro da galáxia que atua como lente. A região central da SDP.81 é muito tênue para poder ser detectada, levando à conclusão de que a galáxia em primeiro plano possui um buraco negro supermassivo com mais de 200-300 milhões de vezes a massa do Sol.
O número de artigos científicos publicados usando um único conjunto de dados do ALMA demonstra bem a excitação gerada pelo potencial da alta resolução e poder coletor da rede. Mostra também como é que o ALMA permitirá aos astrônomos fazer mais descobertas nos anos vindouros, levantando ainda mais questões sobre a natureza das galáxias distantes.
Esta galáxia é observada quando o Universo tinha apenas 15 % da sua idade atual, i.e. apenas 2,4 bilhões de anos depois do Big Bang. A radiação levou duas vezes a idade da Terra para chegar até nós (ou seja, 11,4 bilhões de anos), fazendo um desvio pelo caminho em torno da galáxia massiva que se encontra em primeiro plano e comparativamente perto de nós, a cerca de 4 bilhões de anos-luz de distância.
As lentes gravitacionais foram prevista por Albert Einstein como parte da sua teoria da relatividade geral. Esta teoria diz-nos que os objetos curvam o espaço e o tempo. Qualquer radiação que se aproxime deste espaço-tempo curvo irá seguir esta curvatura criada pelo objeto. Este fenômeno permite a objetos particularmente massivos — enormes galáxias e aglomerados de galáxias — atuar como lentes de aumento cósmicas. Um anel de Einstein é um tipo especial de lente gravitacional, no qual a Terra, a galáxia que se encontra em primeiro plano e a galáxia mais afastada estão perfeitamente alinhadas, criando uma distorção harmoniosa em forma de anel de luz.
A capacidade do ALMA em observar os mais ínfimos detalhes é atingida quando as antenas se encontram o mais afastadas possível umas das outras, com até cerca de 15 km de separação entre si. Comparativamente, observações anteriores de lentes gravitacionais obtidas com o ALMA numa configuração mais compacta, com uma separação de apenas cerca de 500 metros,
Podem ser medidos nestes dados detalhes até 0,023 segundos de arco. O Hubble observou esta galáxia no infravermelho próximo, com uma resolução de cerca de 0,16 segundos de arco. É de notar, no entanto, que quando observa a menores comprimentos de onda, o Hubble consegue atingir resoluções melhores — até 0,022 segundos de arco no ultravioleta próximo. A resolução do ALMA pode ser ajustada dependendo do tipo de observações, deslocando as antenas para ficarem mais ou menos afastadas entre si. Nestas observações usou-se a maior separação possível, o que resultou na melhor resolução possível.
A imagem de alta resolução do ALMA permitiu aos astrônomos procurar a região central da galáxia distante, que se espera que apareça no centro do anel de Einstein. Se a galáxia que se encontra em primeiro plano contiver um buraco negro supermassivo no seu centro, a imagem central torna-se mais tênue. O grau com que isto acontece indica o quão massivo é o buraco negro da galáxia situada em primeiro plano.
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